Quaderno di Applicazioni Tecniche No. 15 Le cabine di

Medium voltage products
Quaderno di Applicazioni Tecniche No. 15
Le cabine di trasformazione MT/BT
(utenti passivi)
Indice
2
2
2
3
4
1.
1.1
1.2 1.3 2. Le cabine di trasformazione MT/BT
Introduzione
Normativa e documentazione di riferimento
Definizioni e tipologie classiche
Progetto e caratteristiche costruttive della cabina
4
2.1 Connessione della cabina
5
2.2 Struttura della cabina
6
2.3 Soluzioni costruttive 7
2.4 Principali requisiti
9
2.5 Caratteristica della struttura
9 Prescrizioni strutturali
9
Prescrizioni per l’azione sismica
13
Prescrizioni per l’azione degli incendi
14 2.6 Dimensionamento termico e ventilazione
15 2.7 Illuminazione artificiale
15 2.8 I cavi elettrici in cabina: sede, entrate e
separazione dei circuiti
16 2.9 Impianti di terra
18 2.10 Dispositivi di messa a terra funzionali alla
connessione
19 2.11 Targhe, avvisi e schemi
22 3. Schemi di principio della connessione
23 4. Dimensionamento e scelta delle
apparecchiature e dei componenti
23 4.1 Sezionatori, interruttori di manovra,
apparecchi multifunzione
264.2 Interruttori
27 4.3 Trasformatori di misura e protezione
27
Trasformatori di tipo induttivo
(TA-I, TA-T, TO, TV-I)
27
Trasformatori di corrente
(TA-I, TA-T, TO) di tipo induttivo
30
Trasformatori di tensione (TV-I) di tipo induttivo
31
Sensori di corrente e tensione non induttivi
(TA-NI, TV-NI)
32 5. Relè di protezione
37
6. Schema dell’impianto di utenza per la
connessione e quadro elettrico di MT
37 6.1 Schema dell’impianto di utenza
40 6.2 Soluzioni di quadro di MT
42 7. Trasformatori di potenza
48 7.1 Caratteristiche principali
46 7.2 Scelta dei trasformatori sulla base delle
perdite e dell’efficienza energetica
46 7.3 Requisiti e classi di efficienza dei trasformatori
49 7.4 Criterio di scelta dei trasformatori basato
sulla capitalizzazione delle perdite
49 7.5 Esempio di trasformatore per cabina
di trasformazione
51 7.6 Livello di rumore nei trasformatori
51 7.7 Perdite nella cabina
52 8. Apparecchi e Sistemi BT
52 8.1 Collegamento trasformatore quadro BT
52 8.2 Il quadro di BT
54 9. Le cabine prefabbricate
56 10. Altri requisiti dell’impianto elettrico della cabina
56 10.1Sovratensioni
56 10.2 Armoniche e campi elettrici e magnetici
59 11. Richiesta di connessione
60 12. Ispezioni e prove in sito prima della messa in servizio
61 13. Manutenzione della cabina elettrica
65 14. Esempio di progetto di una cabina per la parte elettrica
65 14.1 Stima della potenza di alimentazione di un
piccolo stabilimento industriale
67 14.2 Calcolo di corto circuito e coordinamento
delle protezioni
67 Teoria del calcolo della corrente di
cortocircuito
71 Dimensionamento dell’impianto elettrico
e coordinamento delle protezioni
80 15. Conclusione dell’esempio e scelta della
apparecchiature: l’offerta ABB
1
1. Le cabine di trasformazione media
tensione/bassa tensione (MT/BT)
1.1Introduzione
Oggetto della presente Guida Tecnica sono le cabine
elettriche di trasformazione MT/BT; in accordo con la
normativa di riferimento, la trattazione sarà limitata alle cabine
con potenza installata limitata a 2000 kVA o due trasformatori
MT/BT da 1000 kVA.
Scopo della presente guida è quello di dare una panoramica
delle indicazioni e prescrizioni previste dalla normativa vigente
per il progetto e la costruzione delle cabine al fine di orientare
il progettista e l’Utente verso scelte impiantistiche corrette.
Nel documento verranno solo accennati alcuni argomenti
quali il dimensionamento dell’impianto di terra e la parte edile
per approfondire le quali si rimanda alla normativa specifica.
Infine, nel documento non vengono trattate le problematiche
relative agli Utenti attivi ovvero che producono energia
elettrica in corrente alternata con funzionamento in parallelo
(anche transitorio) con la rete.
Norme
impiantistiche
di attività e di
manutenzione
Norme e guide
di prodotto per
apparecchiature
e componenti
CEI 0-16
CEI EN 61936-1
2
1.2 Normativa e
documentazione di riferimento
Il quadro generale che rappresenta in modo sintetico la
principale normativa di riferimento relativa alla progettazione
e costruzione di una cabina di MT/BT è rappresentato nella
figura seguente.
Come si può vedere il panorama è complesso, ma d’altra
parte la cabina elettrica di MT/BT è la sintesi di diverse attività
di progettazione (elettrica, meccanica, edile, di installazione,
ecc.) ed è quindi necessario considerare anche le disposizioni
legislative contro gli incendi, sulla sicurezza, sui prodotti da
costruzione al fine di ottenere un risultato a regola d’arte.
Legislazione
prodotti da
costruzione
Legislazione
Prevenzione
Incendi
Legislazione
prevenzione
Infortuni sul
lavoro
Legislazione
EMC
CEI EN 50522
Di seguito viene proposto un elenco, non esaustivo, delle
principali Norme di riferimento utilizzate nella stesura della
presente Guida tecnica.
– IEC TS 62271-210: High-voltage switchgear and
controlgear - Part 210: Seismic qualification for metal
enclosed and solid-insulation enclosed switchgear and
controlgear assemblies for rated voltages above 1 kV and
up to and including 52 kV
– CEI 99-4: Guida per l'esecuzione di cabine elettriche MT/BT
del cliente/Utente finale
– CEI EN 61936-1: Classificazione CEI: 99-2, Impianti elettrici
con tensione superiore a 1 kV in c.a. Parte 1: Prescrizioni
comuni
– CEI EN 50522: Classificazione CEI:99-3, Messa a terra
degli impianti elettrici a tensione superiore a 1 kV in c.a.
– CEI EN 62271-1: Apparecchiatura di manovra e di
comando ad alta tensione, Parte 1: Prescrizioni comuni
– CEI EN 62271-200: Apparecchiature prefabbricate con
involucro metallico per tensioni da 1 kV a 52 kV
– CEI EN 62271-202: Sottostazioni prefabbricate ad alta
tensione/bassa tensione
– CEI EN 50532: Assieme compatto di apparecchiature per
stazioni di distribuzione
– CEI 11 – 17 e variante V1: Impianti di produzione,
trasmissione e distribuzione pubblica di energia elettrica.
Linea in cavo;
– CEI 64-8: Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale
non superiore a 1000 V in c.a. e 1500 V in c.c.;
– Guida CEI 11 - 37: Guida per l'esecuzione degli impianti di
terra nei sistemi utilizzatori di energia alimentati a tensione
maggiore di 1 kV.
– CEI 64-12, Guida per l'esecuzione dell'impianto di terra
negli edifici per uso residenziale e terziario
– CEI EN 50272-2: Prescrizioni di sicurezza per batterie
di accumulatori e loro installazioni, Parte 2: Batterie
stazionarie
– DK 5600 ed.IV -Marzo 2004: Criteri di allacciamento di
clienti alla rete MT della distribuzione
Si sottolinea che la Legge 1 marzo 1968, n.186 e il Decreto
Ministeriale 22 gennaio 2008, n.37, aggiornato con Decreto
19 luglio 2010, assegnano un ruolo giuridico alle norme CEI.
L’articolo 2 della Legge e l’articolo 6 del Decreto affermano
infatti che gli impianti devono essere costruiti a regola d’arte,
e che è possibile raggiungere questo obiettivo se si seguono
le Norme CEI.
1.3 Definizioni e tipologie
classiche
Una cabina elettrica è una parte dell’impianto elettrico
che comprende le terminazioni delle linee di trasmissione
o distribuzione, apparecchiature e quadri elettrici e che
può anche includere dei trasformatori. La cabina elettrica
comprende in genere anche tutti i dispositivi necessari
al controllo ed alla protezione. A seconda della funzione
svolta, può essere definita come cabina di trasformazione,
conversione, trasmissione o distribuzione. La cabina elettrica
di trasformazione MT/BT, quindi, è costituita dall’insieme dei
dispositivi dedicati alla trasformazione della tensione fornita
dalla rete di distribuzione in media tensione (es. 20 kV), in
valori di tensione adatti per l’alimentazione delle linee in bassa
tensione (es. 400 V).
Le cabine elettriche possono essere suddivise in cabine
pubbliche e cabine private:
– cabine pubbliche: sono di pertinenza della società di
distribuzione dell’energia elettrica e alimentano le utenze
private in corrente alternata monofase o trifase (valori
tipici della tensione per i due tipi di alimentazione possono
essere 230 V e 400 V). Si dividono a loro volta in cabine
di tipo urbano o rurale, costituite da un solo trasformatore
di potenza ridotta. Le cabine urbane sono generalmente
costruite in muratura mentre quelle rurali sono spesso
installate all’esterno direttamente sul traliccio della MT.
– cabine private: si possono spesso considerare come
cabine di tipo terminale, cioè cabine in cui la linea in MT si
ferma nel punto di installazione della cabina stessa. Sono di
proprietà dell’Utente e possono alimentare sia utenze civili
(scuole, ospedali, ecc.), sia utenze di tipo industriale con
fornitura dalla rete pubblica in MT. L’Utente deve mettere
a disposizione della società distributrice un apposito
locale, accessibile al personale della società, in cui saranno
installate le apparecchiature di competenza della società di
distribuzione. Le soluzioni costruttive possono essere varie,
anche se negli ultimi tempi si va sempre più diffondendo
l’impiego di cabine di tipo prefabbricato.
3
2. Progetto e caratteristiche costruttive
della cabina
2.1 Connessione della cabina
La Norma CEI 0-16 suggerisce tre passi per l’individuazione
dell’impianto per la connessione.
Passo 1, scelta del livello di tensione e punto della rete
di distribuzione al quale l’Utente può essere connesso in
relazione alla tipologia, alla taglia e alle esigenze di esercizio
dell’impianto Utente e alle esigenze e alle caratteristiche della
porzione di rete di distribuzione interessata.
Tali scelte sono operate dal Distributore sulla base dei dati di
seguito elencati.
1. Taglia dell’impianto, che deve essere compatibile con i
criteri di esercizio della rete. In generale devono essere
valutati i profili di tensione, la selettività delle protezioni
nonché lo sfruttamento delle linee e dei trasformatori.
2. Dislocazione dei carichi circostanti sia nell’assetto della
rete attuale che previsionale.
3. Caratteristiche della rete limitrofa.
4. Contributo degli eventuali generatori alla potenza di
cortocircuito considerando tutti i contributi dell’impianto
(generatori, motori, ecc.).
5. Livelli di disturbo immessi (variazioni rapide, armoniche,
flicker, dissimmetria delle tensioni) dalle utenze sia attive
che passive che devono essere tali da non far superare i
livelli stabiliti dalla Norma CEI EN 61000-2-12 per la rete
MT.
4
6. Esigenze dell’Utente in merito alla continuità del servizio.
7. Esigenze dell’Utente in merito a variazioni lente, buchi di
tensione, potenza di cortocircuito, qualità della tensione.
8. Possibilità di sviluppo della rete ai fini del soddisfacimento
delle esigenze di cui ai punti precedenti.
I valori indicativi di potenza che è possibile connettere sui
differenti livelli di tensione delle reti di distribuzione sono
indicate dalla norma nella tabella seguente.
Potenza MW
Livello di tensione della rete
<= 0,1
BT
0,1 - 0,2
0,2 - 3
Limite superiore elevato a 6 MW
per impianti di produzione
3 - 10
Limite inferiore elevato a 6 MW
per impianti di produzione
BT
MT
MT
MT
AT
2.2 Struttura della cabina
Passo 2, scelta dello schema d’inserimento dell’impianto
(entra-esce, antenna, ecc.).
Per la determinazione dello schema di connessione è
necessario tener conto di:
– taglia dell’impianto;
– posizione dell’impianto rispetto alla rete e la presenza,
nell'area di interesse, di impianti di produzione, di linee, di
stazioni, di cabine primarie e secondarie;
– esercizio della rete cui l'impianto è connesso;
– possibilità di sviluppo della rete;
– dispositivi di protezione e automazione presenti sulla rete
del Distributore;
– esigenze dell’Utente in merito alla continuità e alla qualità
del servizio.
Queste cabine sono nella maggioranza dei casi ubicate nei
locali stessi dello stabilimento da esse alimentato e sono
costituite fondamentalmente da tre locali distinti, di cui i primi
due sono a disposizione dell’ente Distributore:
– locale del Distributore (D): dove sono installate le
apparecchiature di manovra dell’ente Distributore. Tale
locale deve avere dimensioni tali da consentire l’eventuale
realizzazione del sistema entra esci che l’ente Distributore
ha facoltà di realizzare anche in un secondo tempo per
soddisfare le proprie nuove esigenze. Nel locale consegna
è presente il punto di prelievo che rappresenta il confine e
la connessione tra l’impianto di rete pubblica e l’impianto di
utenza.
– locale misura (M): in cui sono collocati i gruppi di misura.
Entrambi questi locali devono avere l’accesso da strada
aperta al pubblico, per permettere l’intervento al personale
autorizzato indipendentemente dalla presenza dell’Utente.
– locale Utente (U): destinato a contenere il trasformatore e
le apparecchiature di manovra e protezione in MT e BT di
pertinenza dell’Utente. Tale locale deve normalmente essere
adiacente agli altri due locali.
Passo 3, scelta dello schema di connessione (sistemi di
sbarra e organi di manovra e d’interruzione, in relazione
alla manutenzione e al sistema di protezione della rete). A
prescindere dalla soluzione di connessione prescelta, per
l’impianto di rete presso l’utenza si ha sempre la situazione
impiantistica indicata nella figura seguente.
D
SL
SL
M
U
SC
Wh
Pmax
varh
3
C
2
1
Linea
Linea
Cavo di coillegamento (allestito dall’Utente)
Dove:
D = locale del Distributore presso
l’utenza,
M = locale misura,
U = locale Utente,
SL = scomparto (cella) per linea,
SC = scomparto (cella) per
consegna,
C = punto di connessione.
1 = gruppo misura,
2 = dispositivo generale
dell’Utente,
3 = scomparto presente/da
prevedere per collegamento
in entra – esce.
Schema di collegamento fra cabina del Distributore presso l’utenza e l’impianto dell’Utente passivo (CEI 0-16, fig.7)
5
2. Progetto e caratteristiche costruttive
della cabina
2.3 Soluzioni costruttive
Relativamente alle soluzioni costruttive, la Guida CEI 99-4
distingue i seguenti casi:
– Cabina a giorno (impianto all’interno di tipo aperto
secondo CEI EN 61936-1): impianto in cui non è previsto
l'utilizzo di componenti di MT dotati di involucro in grado
di assicurare la protezione contro i contatti diretti e che
pertanto necessita di essere completato in opera con le
misure di sicurezza atte a proteggere le persone contro
tali rischi in accordo alla CEI EN 61936-1. L'impianto
viene eseguito direttamente sul posto collegando
opportunamente i componenti ed è quindi praticamente
impossibile eseguire delle prove per verificare il livello di
isolamento conseguito e la capacità di sostenere gli effetti
delle correnti di cortocircuito. La soluzione costruttiva
tipica di una cabina a giorno per interno, quindi costruita
in un locale chiuso al riparo dagli agenti atmosferici, risulta
costituita in generale da:
- una o più celle, dotate di pareti o pannelli divisori, per la
sistemazione dei componenti di MT;
- una o più celle, dotate di pareti o pannelli divisori e quanto
necessario per la sistemazione dei trasformatori;
- barriere di protezione quali telai, grigliati e reti metalliche;
rigidamente fissate con grado di protezione minimo
IPXXB;
- componenti di BT sistemati su strutture aperte o dentro
armadi chiusi.
6
– Cabina realizzata in opera o premontata con
apparecchiature prefabbricate (impianto all’interno di
tipo chiuso CEI EN 61936-1): impianto i cui componenti
elettrici sono dotati di involucro in grado di assicurare la
protezione contro i contatti diretti e che viene realizzato
mediante l’impiego di apparecchiature prefabbricate, come
ad esempio i quadri di MT e di BT in accordo alla Norma
di prodotto CEI EN 62271-200. Per cabina realizzata in
opera si intende il locale in calcestruzzo o laterizio o altro
materiale idoneo ad ospitare le apparecchiature elettriche
collaudato direttamente in loco. La soluzione costruttiva
tipica, di una cabina per interno con apparecchiature
prefabbricate, è la seguente:
- quadro di MT costituito da un insieme di unità funzionali in
accordo al progetto;
- una o più celle, dotate di pareti o pannelli divisori e quanto
necessario per la sistemazione dei trasformatori alloggiati
in box metallici di tipo prefabbricato o, in caso contrario,
complete eventualmente delle protezioni contro i contatti
diretti;
- quadro di BT costituito da un insieme di unità funzionali.
– Cabina prefabbricata in accordo alle Norme CEI EN
62271-202 e CEI EN 50532: la cabina prefabbricata viene
considerata come un apparecchio conforme alla norma
di prodotto e che ha quindi superato tutte le prove di tipo
previste. La norma di prodotto, oltre alle caratteristiche
nominali e alle procedure di prova, dedica una particolare
attenzione alla protezione delle persone, che viene garantita
dall'impiego di componenti sottoposti alle prove di tipo e
da una adeguata progettazione e costruzione dell'involucro.
I componenti principali di una sottostazione prefabbricata
sono oltre all’involucro:
- trasformatori di potenza;
- apparecchiatura di media e bassa tensione;
- interconnessioni di media e bassa tensione;
- apparecchiatura e circuiti ausiliari.
2.4 Principali requisiti
Circa l’ubicazione, la cabina può essere all’interno della
volumetria dell’edificio da alimentare o separata. È prevista
anche l’ubicazione sulla copertura dell’edificio da servire,
ovviamente previo attento studio dei carichi statici e dinamici
cui la soletta verrà sottoposta. In ogni caso l’ubicazione
delle cabine deve essere tale da permettere al personale
autorizzato l’accesso alla stessa quando necessario per
eseguire le manovre di servizio e la manutenzione dei
componenti della cabina, anche di quelli di maggior ingombro
e peso, come i trasformatori.
Inoltre, è opportuno che il locale cabina risponda ai requisiti
previsti dalle norme (CEI 99-4, cap. 5 e CEI 0-16, par. 8.5.9)
relativamente a:
a) campi magnetici a bassa frequenza
b) accessi
c) pareti, pavimenti e solai e quant’altro in accordo alla norma
la Norma CEI EN 61936-1
d) ventilazione
e) infiltrazioni d’acqua o allagamenti
f) carichi meccanici statici e dinamici previsti e delle
sovrappressioni interne causate da archi elettrici
g) illuminazione
Le cabine devono essere provviste di porte con chiusura
a chiave o comunque richiedere l'uso di utensili per la loro
apertura o rimozione onde evitare l’accesso alle persone non
autorizzate. In particolare il locale ospitante i complessi di
misura deve essere sempre accessibile sia dall’Utente che dal
Distributore.
La posizione dei locali deve essere tale che le linee MT,
necessarie per la connessione, possano essere costruite e
manutenute nel rispetto delle vigenti norme sugli impianti e
sulla sicurezza, nonché sull’inquinamento elettromagnetico.
La separazione, in termini di responsabilità nell'esercizio,
nella conduzione e nella manutenzione dei diversi locali, deve
essere ben individuabile sugli schemi planimetrici.
La misura dell'energia prelevata da un Utente in un punto di
prelievo deve avvenire in prossimità del punto di connessione
in MT attraverso trasformatori di tensione e di corrente di
misura di competenza del Distributore. Le dimensioni del
locale di connessione devono di regola consentire l’adozione
dello schema di inserimento in entra-esce, che potrebbe
rendersi necessario in un secondo tempo. A titolo indicativo
l’occupazione di superficie complessiva di locale consegna e
misure deve essere di circa 16 m2.
I dettagli costruttivi devono essere forniti nella
documentazione di connessione a cura del Distributore; in
ogni caso il progetto del locale per l’impianto di rete presso
l’utenza deve essere conforme alle prescrizioni emanate dal
Distributore.
7
2. Progetto e caratteristiche costruttive
della cabina
Esempio di soluzione di cabina (non esecutivo) con apparecchiature addossate alle pareti (CEI 99-4, fig. A.3)
Locale per batterie
Scarico fumi
Quadro
elettrico
Locale per gruppo elettrogeno
TR1
TR2
Quadro BT
Arrivo
MT
Quadro BT
Interr.
Gener.
Quadro
Gruppo Elettrogeno
Locale del Distributore (D)
Locale Utente (U)
Locale Misure (M)
Trasformatore 1
Trasformatore 2
Prima di posizionare le apparecchiature all’interno di una
cabina, bisogna verificare che siano rispettate le distanze
corrette nelle aree di servizio, come corridoi, passaggi,
accessi e vie di fuga.
A tal proposito la CEI 99-4 definisce che la larghezza di un
corridoio di manovra all'interno di una cabina deve essere
sufficiente per eseguire qualsiasi manovra o operazione di
manutenzione. La larghezza di questo corridoio deve essere
pari ad almeno 800 mm.
In particolare, assicurarsi che le porte in posizione aperta
o gli apparecchi di manovra meccanici che sporgono
dall’apparecchiatura di manovra e di comando non riducano
la larghezza del corridoio a meno di 500 mm.
8
I passaggi per l’installazione o la manutenzione posti dietro
pareti solide (es. apparecchiature chiuse) non devono essere
inferiori a 500 mm.
In sostanza, il personale dovrà sempre disporre di accessi
chiari e sicuri. Anche in altezza, sotto i soffitti, coperture o
involucri, con la sola eccezione dei cunicoli cavi, è richiesta
un’altezza minima di 2000 mm.
Per quanto riguarda le vie di fuga, ai fini della Norma CEI EN
61936-1, le uscite devono essere previste in modo che la
lunghezza della via di fuga all’interno del locale non superi i 20 m per tensioni fino a 52 kV. La lunghezza consigliata per
le vie di fuga, tuttavia, è non superiore ai 10 m. Oltre tale
lunghezza è consigliabile che i passaggi siano accessibili da
entrambi i lati.
2.5 Caratteristica della struttura
Prescrizioni strutturali
Per quanto riguarda la costruzione del manufatto edile e
relativi accessori, si deve far riferimento al DM (infrastrutture)
14.01.2008 e s.m.i. “Approvazione delle nuove norme
tecniche per le costruzioni” pubblicato sulla G.U. n. 29 del
4 febbraio 2008. Nel decreto vengono definiti i principi per
il progetto, l’esecuzione ed il collaudo delle costruzioni in
relazione ai requisiti richiesti di resistenza e stabilità. Va inoltre
considerato il Regolamento (UE) 305/2011, entrato in vigore
il 1 luglio 2013, che sostituisce in via definitiva la Direttiva
CPD 89/106/CEE. Il Regolamento intende disciplinare
l’immissione sul mercato europeo di tutti i prodotti (materiali,
manufatti, sistemi, ecc.) che sono realizzati per diventare
parte permanente di opere di costruzione (edifici ed opere
di ingegneria civile), i quali devono assicurare il rispetto di
almeno uno dei seguenti requisiti, i primi sei previsti già dalla
precedente direttiva CPD 89/106 a cui si aggiunge l’ultimo:
– resistenza meccanica e stabilità
– sicurezza in caso di fuoco
– igiene, sicurezza e ambiente
– sicurezza in uso
– protezione contro il rumore
– risparmio energetico
– uso sostenibile delle risorse naturali per la realizzazione
delle costruzioni.
Il Regolamento UE 305 definisce, in particolare, i carichi e gli
impatti, nominali e/o caratteristici, applicabili alle costruzioni, e
quindi anche all’involucro di una cabina, che di conseguenza
devono possedere una robustezza meccanica sufficiente per
resistervi; essi sono:
– carichi permanenti strutturali e non strutturali quali i pesi
propri dei materiali
– carichi variabili che comprendono i carichi legati alla
destinazione d’uso dell’opera (persone, automezzi, ecc.)
– azione sismica
– combinazione dell’azione sismica con le altre azioni
– azioni del vento
– azioni della neve
– azioni della temperatura
– azioni eccezionali quali incendi, esplosioni, urti.
Prescrizioni per l’azione sismica
Dato che l’Italia è uno Stato ad alta esposizione sismica
è importante considerare questa azione nel progetto della
cabina e nella scelta delle apparecchiature elettriche. Ancora
una volta è importante affidarsi a costruttori qualificati che
abbiano progettato e provato le proprie apparecchiature in
accordo alle norme di riferimento. Infatti, le forti vibrazioni
provocate dal sisma si riflettono pesantemente sul
comportamento del quadro elettrico.
Ne è un riprova il fatto che la Guida CEI 99-4, alla nota 1
afferma che la specifica tecnica IEC TS 62271-210 “Highvoltage switchgear and controlgear - Part 210: Seismic
qualification for metal enclosed and solid-insulation enclosed
switchgear and controlgear assemblies for rated voltages
above 1 kV and up to and including 52 kV”, quando
pubblicata, verrà recepita dal CEI indipendentemente dal
recepimento CENELEC.
In passato il territorio nazionale era classificato in zone
secondo caratteristiche di sismicità; a ciascuna zona era
attribuito un valore di pericolosità di base, espresso in termini
di accelerazione massima su suolo rigido (g).
L’attuale fonte di riferimento è il sito dell’INGV (Istituto
Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) http://esse1.mi.ingv.it/.
Da tale sito è possibile ricavare i valori dell’accelerazione ag
per varie probabilità di eccedenza in 50 anni, corrispondenti a
diversi periodi di ritorno.
Tutto il territorio Nazionale è stato suddiviso mediante
una griglia di calcolo (passo 0,05°, pari a circa 5,5 Km, in
latitudine e longitudine) i cui punti vengono individuati da
codici numerici (ID). Per ciascuno dei 16852 punti, ordinati da
ovest ad est e da nord a sud, vengono forniti i valori medi (50°
percentile) e quelli corrispondenti al 16° e al 84° percentile.
Utilizzando la Mappa interattiva di pericolosità sismica è
possibile accertare facilmente il valore di accelerazione
ag corrispondente al territorio in cui è ubicata la cabina
e chiedere al costruttore del QMT di fornire un prodotto
adeguato, corrispondente a quanto definito dalla Specifica
Tecnica IEC/TS 62271-210, in particolare per quanto riguarda
il livello di severità:
– livello 1, consigliato per picchi di accelerazioni del suolo/
pavimento fino a 0,5 g;
– livello 2, raccomandato per le accelerazioni di picco al
suolo/pavimento fino a 1,0 g.
Si tenga presente che i valori di ag forniti dal sito richiedono
un uso consapevole e pertanto il loro utilizzo viene effettuato
sotto la responsabilità dell’utente.
9
2. Progetto e caratteristiche costruttive
della cabina
Di seguito viene presentata la mappa di pericolosità sismica
disponibile sul sito dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia.
Fonte: Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia.
10
La forma dello spettro (Required Response Spectra, o RRS)
è tale da simulare varie condizioni legate all’intensità, alla
profondità e alla distanza dall’epicentro del sisma, al tipo di
suolo e alla posizione sopraelevata del quadro, posto ai piani
superiori.
Le unità funzionali del quadro ABB UniSec sono state
testate fino al livello 2, equivalente alla Norma IEEE 693 high
performance level.
Di seguito vengono presentate le RRS corrispondenti al livello
di severità 2 indicate nella IEC/TS 62271-210.
Severity Level 2 (hor.):
40
RRS (hor.) ZPA 1g d=2% (level 2)
R RS (hor.) ZPA 1g d=5% (level 2)
RRS (hor.) ZPA 1g d=10% (level 2)
Horizontha Acceleration
[m/s2]
35
30
25
20
15
10
5
0
0
10
100
Frequency [Hz]
Severity Level 2 (horizonthal) – Zero period acceleration (ZPA) = 1 g
11
2. Progetto e caratteristiche costruttive
della cabina
In figura sono indicate le posizioni degli accelerometri durante il test sismico.
12
Prescrizioni per l’azione degli incendi
Per quanto concerne la resistenza al fuoco, la norma
prescrive che le modalità di classificazione di resistenza
al fuoco di prodotti ed elementi costruttivi di opere da
costruzione dovranno essere individuate in conformità al
Decreto del Ministero dell’Interno del 16/02/2007.
Nel suddetto DM viene riportata la seguente tabella esplicativa
per quanto riguarda la classificazione:
Simboli
R
Capacità
portante
P o Ph
Continuità di corrente o capacità di
segnalazione
E
Tenuta
G
Resistenza all’incendio della fuliggine
I
Isolamento
K
Capacità di protezione al fuoco
W
Irraggiamento
D
Durata della stabilità alla temperatura
costante
M
Azione
meccanica
DH
Durata della stabilità lungo la curva
standard tempo-temperatura
C
Dispositivo
automatico di
chiusura
F
Funzionalità degli evacuatori
motorizzati di fumo e calore
S
Tenuta al fumo B
Funzionalità degli evacuatori naturali
di fumo e calore
Le classificazioni sono normalmente espresse in minuti, es.
per solai e tetti, REI 60 indica mantenimento della capacità
portante, della tenuta e dell’isolamento al fuoco per 60 minuti.
In particolare, per quanto riguarda le attività soggette a
controllo di prevenzione incendi, e nel nostro caso cabine
con macchine elettriche fisse con presenza di liquidi
isolanti combustibili in quantitativi superiori a 1 m3 e cabine
inserite nella volumetria dei fabbricati soggetti a controllo
di prevenzione incendi, la resistenza al fuoco delle strutture
dovrà essere certificata secondo le modalità previste
dall’Allegato II del DM 07/08/2012 facendo ricorso alla
modulistica disponibile sul sito www.vigilfuoco.it.
Nella seguente tabella tratta dalla Norma CEI EN 60695-1-40,
Prove relative ai pericoli di incendio, Parte 1-40: Guida per la
valutazione dei pericoli di incendio dei prodotti elettrotecnici Liquidi isolanti, possiamo trovare la classificazione dei liquidi
isolanti relativamente al punto di combustione ed al potere
calorifico:
Fire point
Ed infine arriviamo alla Norma CEI EN 61936-1 che prescrive
i requisiti che dovrebbe possedere il locale cabina nel caso di
incendio di trasformatori con diverse caratteristiche e cioè:
– REI 60 per trasformatori fino a 1000 litri di olio tipo O
– REI 90 per trasformatori oltre 1000 litri di olio tipo O
– REI 60 per trasformatori a secco in classe F0 mentre sono
sufficienti pareti non combustibili nel caso di trasformatori
a secco in classe F1 (CEI EN 60076-11 Trasformatori di
potenza Parte 11: Trasformatori di tipo a secco).
Per trasformatori con contenuto di olio superiore a 1000
litri è necessario far riferimento anche al DM 15 luglio 2014:
Approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per
la progettazione, l’installazione e l’esercizio delle macchine
elettriche fisse con presenza di liquidi isolanti combustibili in
quantità superiore ad 1 m3. G.U. 5 agosto 2014, n. 180.
Sempre nel caso di cabine contenenti trasformatori in olio, al
fine di non inquinare l’ambiente, la Norma CEI EN 61936-1
stabilisce che deve essere previsto un accorgimento per il
contenimento dell’olio isolante prevedendo un pavimento
impermeabile con delle soglie di contenimento intorno all’area
dove il trasformatore è collocato o convogliando il liquido
fuoriuscito in un’opportuna area di contenimento all’interno
dell’edificio. Nel definire il volume di contenimento si dovrà
considerare il volume totale del liquido isolante contenuto nel
trasformatore e dell’acqua scaricata dal sistema antiincendio.
Soglia
Net heat of combustion
Class O
≤ 300 °C
Class 1
Class K
> 300 °C
Class 2
Class L
No measurable
fire point
Class 3
≥ 42 MJ/kg
< 42 MJ/kg
≥ 32 MJ/kg
< 32 MJ/kg
Example Mineral transformer oil (IEC 60296) has a classification of O1.
Nella figura si vede la sezione del locale trasformatore dove
l’area tratteggiata indica il volume di contenimento.
Per lo smaltimento dei prodotti della combustione in caso di
incendio si dovrà tenere conto della Normativa di Prevenzione
Incendi.
13
2. Progetto e caratteristiche costruttive
della cabina
2.6 Dimensionamento termico
e ventilazione
Le apparecchiature durante il loro funzionamento non devono
superare il valore massimo di temperatura per non degradare i
materiali isolanti o dover ricorrere a declassamenti.
Nel locale dove sono collocate le apparecchiature è
necessario prevedere:
– nella parte inferiore, una o più prese d’aria con bordo
inferiore opportunamente sopraelevato rispetto al
pavimento del locale (indicativamente 20 cm);
– nella parte superiore, camini oppure finestre preferibilmente
aperte verso l’aria libera.
Ovviamente, le prese d’aria non possono attingere da locali
che si trovino a temperature elevate o da luoghi che siano
classificati con pericolo di esplosione secondo la Norma CEI
31-30 e devono comunque assicurare un grado di protezione
tale da impedire la penetrazione di acqua o neve, l’ingresso di
animali e oggetti in grado di provocare incidenti.
Nel caso in cui vi siano apparecchiature isolate in SF6, si
ricorda che tale gas conforme alla Norma CEI 10-7 non è
tossico; dato però che può generare insufficienza di ossigeno
(ciò avviene quando la percentuale di ossigeno nell'aria
scende al di sotto del 18%) è necessario prevenire una
concentrazione eccessiva. A tal fine, nei locali che si trovano
sopra il livello del suolo, è sufficiente la ventilazione naturale.
Nei locali al di sotto del livello del suolo se è possibile una
concentrazione dannosa si deve prevedere la ventilazione
forzata. Ciò vale anche per i vani (es, cunicoli) posti al
di sotto degli apparecchi in SF6. Tuttavia la ventilazione
forzata può essere omessa quando il volume di gas SF6 del
compartimento di maggiori dimensioni dell’apparecchiatura,
rapportato alla pressione atmosferica, non supera il 10% del
volume del locale.
L’intero Allegato J della Norma CEI 99-4 è dedicato al
Dimensionamento termico e ventilazione del locale.
Sempre a proposito di ventilazione, nell’Allegato B della
Norma CEI 99-4 viene riportata una sintesi delle prescrizioni
della Norma CEI EN 50272-2 relative alla ventilazione dei
locali batterie e un esempio indicativo. Durante la carica le
batterie sviluppano idrogeno e ossigeno come risultato del
processo di elettrolisi. La ventilazione dei locali batterie è
necessaria per mantenere la concentrazione di idrogeno nel
volume di aria interessato al di sotto del pericolo di esplosione
ovvero del 4%.
Esempio di viste di cabina (non esecutivo) per evidenziare le finestrelle di aerazione (CEI 99-4, fig A.5)
Vista frontale
Vista posteriore
14
2.7 Illuminazione artificiale
Per permettere l’esercizio della cabina in modo più facile e
sicuro, l'illuminazione artificiale dovrebbe garantire un livello
di illuminamento di 200 lx riferiti, salvo diversa indicazione,
ad un fattore di uniformità di almeno 0,7 (UNI EN 12464-1).
Per l’illuminazione di emergenza/sicurezza, ad esempio,
per individuare le vie di fuga e le uscite di cabina, il livello
d’illuminamento deve essere almeno pari a 1 lx ottenibile
mediante l’utilizzo di apparecchiature illuminanti autonome
(ad esempio dotando gli operatori di un apparecchio portatile
per l’illuminazione con autonomia di un’ora).
2.8 I cavi elettrici in
cabina: sede, entrate e
separazione dei circuiti
Dal punto di vista dei cavi, nelle cabine possiamo avere le
seguenti situazioni:
– vano sottoquadro praticabile, ovvero uno scantinato
pedonabile, sotto il piano di appoggio dei quadri elettrici, per
il quale si raccomanda un’altezza netta non minore di 1,7
m, Questa soluzione è adatta al caso in cui i cavi entranti e
uscenti dalla cabina siano interrati e in numero elevato
– pavimento flottante, a piastrelle asportabili ed intercapedine
ispezionabile per i cavi per la quale si consiglia un’altezza
non inferiore a 0,6 m; Questa soluzione è adatta al caso in
cui il numero dei cavi entranti ed uscenti sia limitato mentre
il numero dei cavi di interconnessione tra i quadri della
stessa cabina sia elevato
– cunicoli, ovvero pavimento fisso e cavi contenuti in cunicoli
prefabbricati o realizzati in opera
– passerelle o sistemi equivalenti (vedere CEI EN 61936-1);
i collegamenti tra i vari componenti sono realizzati
prevalentemente impiegando sistemi di sospensione dei
cavi a soffitto e a parete realizzati in materiale isolante o
metallico
– il Distributore normalmente indica in che modo devono
essere realizzati iI fori per il passaggio dei cavi, tra la parte
del locale cabina del Distributore e quella di ricezione
del cliente. In ogni caso, tutte le aperture verso l’esterno
devono essere realizzate in conformità alla Norma CEI
11-17 e alla Norma CEI EN 61936-1 per evitare l’ingresso
di animali, acqua e per prevenire il propagarsi di eventuali
incendi
– si sottolinea inoltre il rispetto della Norma CEI EN 61936-1
e della norma di prodotto dei cavi per le dimensioni e il
posizionamento dei cunicoli e tubi protettivi annegati nella
muratura che devono permettere di rispettare i raggi di
curvatura dei cavi e consentire la libera dilatazione
– l’armatura o lo schermo metallico dei cavi possono essere
considerati segregazione metallica. Pertanto i cavi di MT
che vengono posati su passerelle, cunicoli, tubazioni, ecc.,
possono coesistere con cavi di BT
Esempio di cabina elettrica (non esecutivo) con evidenza dei condotti a pavimento e dei cunicoli (CEI 99-4, fig. A.2)
Locale per batterie
Locale per gruppo elettrogeno
Cunicolo
Cunicolo
N. 2 tubi
ø 160 mm
Uscita
cavi
del
cliente
N. 1 tubo
ø 160 mm
Locale del Distributore (D)
Cunicolo
N. 3 tubi
ø 160 mm
Locale Utente (U)
Legenda
Pozzetti con
dimensioni
secondo le esigenze
Cunicoli e pozzetti con
profondità di circa cm 50
Nota: non sono state
indicate le eventuali
fosse di raccolta dei fluidi
isolanti
Porta unificata
dal distributore
Cunicolo
Tubi per MT e BT
del distributore
Cunicolo per il distributore
Locale Misure (M)
N. 2 tubi per misura
ø 100 mm
15
2. Progetto e caratteristiche costruttive
della cabina
2.9 Impianti di terra
Una particolare attenzione va posta alla progettazione e
realizzazione dell’impianto di terra di cabina. L’impianto di
terra non viene trattato direttamente dalla CEI 99-4 che
rimanda per i dettagli alle norme CEI EN 50522 per i sistemi
MT e CEI 64-8 limitatamente ai sistemi BT pertinenti.
Nella figura sottostante, tratta dalla Norma CEI 99-4, sono
illustrate, a solo titolo di esempio, alcune particolarità
dell’impianto di terra al fine di richiamare l’attenzione sugli
elementi componenti l’impianto di terra.
Esempio di impianto di terra di cabina (non esecutivo) e relativo collettore (CEI 99-4, fig. A.4)
Anello perimetrale di terra (Conduttore nudo Cu 25 mm2)
Locale per batterie
Locale per gruppo elettrogeno
Cabina del distributore
Cabina del cliente
Rete elettrosaldata
Locale contatori
Legenda
a - Collegamento tra collettore di terra e impianto di terra dei locali diversi dalla cabina
b - Collegamento tra centro stella trasformatore 1 e collettore di terra
c - Collegamento tra centro stella trasformatore 2 e collettore di terra
d - Collegamento al distributore pubblico con modalità secondo richiesta
e - Collegamento tra collettore di terra e rete elettrosaldata sotto fondazione
f - Collegamento tra anello perimetrale di terra e collettore
x - Richiami dell’anello perimetrale di terra per collegamenti alle masse
16
Vediamo per le tre tipologie di cabine i principali requisiti
dell’impianto di terra.
Cabina isolata (separata dall'edificio)
– Se necessario inserire nello scavo di fondazione un
dispersore ad anello perimetrale, realizzato in conduttore
direttamente interrato in terreno vergine.
– Tutti i ferri di armatura degli elementi della fondazione
possono essere utilizzati come dispersore.
– Dato che gli elementi strutturali laterali del fabbricato per
questioni di staticità risultano legati tra loro, se necessario
è opportuno vengano collegati alla rete elettrosaldata
sottopavimento per ottenere una migliore equipotenzialità.
– Tutti gli elementi che concorrono alla formazione del
dispersore dovranno essere collegati (singolarmente o a
gruppi) al collettore della cabina.
Cabina compresa nella volumetria dell'edificio
– Il dispersore farà parte del dispersore generale dell’edificio,
(considerato magliato o ad anello o equivalente) e
sarà costituito da elementi di fatto, utilizzando i ferri
delle fondazioni, eventualmente integrati da dispersore
intenzionale.
– Tutti gli elementi che concorrono alla formazione del
dispersore sono collegati al collettore generale di terra
dell’edificio, che non necessariamente è collocato nel locale
cabina.
– Il collettore di cabina è comunque collegato al collettore
generale.
– In particolare in cabina e nelle sue immediate vicinanze,
dovranno essere presi provvedimenti per realizzare
l’equalizzazione del potenziale. Inoltre, dovranno essere
valutati i provvedimenti per limitare i potenziali dovuti a
guasto a terra.
Cabina in muratura tradizionale o in prefabbricato sulla
copertura di un edificio
– Il dispersore farà parte del dispersore generale dell’edificio,
e dovrà essere costituito da elementi di fatto, in particolare
per l’equalizzazione del potenziali si consiglia siano
collegati, i ferri di armatura dei pilastri e la soletta della
copertura.
– Il collettore di cabina verrà collegato alla struttura
dell’edificio direttamente al piano ove sarà posizionata la
cabina.
Elementi del dispersore
– Il dispersore potrà essere realizzato ad anello con corda di
rame o tondo di acciaio secondo la Norma CEI EN 50522 e
Guida CEI 11-37.
– Se necessario, l’anello potrà essere integrato con degli
sbracci o con un secondo anello più esterno a profondità
maggiore, eventualmente integrato, ad esempio, con
picchetti in acciaio ramato di lunghezza 1,50 m completi di
collare per il fissaggio della corda di rame.
– Per la tipologia ed utilizzo degli elementi di fatto fare
riferimento alla Guida CEI 64-12 o CEI 11-37.
– Vanno presi tutti i provvedimenti per limitare gli effetti della
corrosione con particolare attenzione agli accoppiamenti di
metalli diversi (vedi norme UNI oppure le Guide CEI 11-37 e
CEI 64-12 negli ambiti pertinenti).
– Il terreno di riempimento intorno al dispersore dovrà essere
del tipo vegetale e non contenere materiale di risulta.
Collettore di terra
– Il collettore di terra (a barra forata non necessariamente
unica, o ad anello) deve costituire il punto di connessione
tra gli elementi del dispersore di cabina, il dispersore
del complesso in cui la cabina è inserita (se richiesto),
i conduttori di terra MT, i conduttori di protezione BT
e i conduttori equipotenziali. I condotti orizzontali, per
effettuare tali collegamenti, vengono preferibilmente
predisposti nel pavimento della cabina.
– Si dovranno lasciare liberi dalla gettata del pavimento
le riprese dei ferri di armatura previsti quali punti di
collegamento.
– Per facilitare le operazioni di manutenzione e verifica è
opportuno che i singoli conduttori che arrivano al collettore
siano segnalati.
– I conduttori di protezione, equipotenziali e di terra, se non
nudi, devono essere con guaina di colore giallo/verde.
– Il dimensionamento relativo alle sezioni del collettore
e di tutti i conduttori di protezione viene effettuato dal
progettista, in funzione della corrente di guasto a terra in
MT e BT.
– I conduttori equipotenziali per l’impianto MT, se di rame,
devono avere una sezione minima di 16 mm2, (vedere CEI
EN 50522). Per gli impianti BT, i conduttori equipotenziali
principali, se in rame, devono avere una sezione minima di
6 mm2 (vedere la Norma CEI 64-8 per gli impianti pertinenti).
17
2. Progetto e caratteristiche costruttive
della cabina
2.10Dispositivi di messa
a terra funzionali alla
connessione
Per l’esecuzione dei lavori fuori tensione le Norme CEI EN
50110-1 e CEI 11-27 stabiliscono che dopo aver identificato
gli impianti elettrici corrispondenti si devono osservare
nell'ordine specificato le seguenti cinque prescrizioni
essenziali:
1) sezionare la parte di impianto interessata al lavoro;
2) prendere provvedimenti contro la richiusura intempestiva
dei dispositivi di sezionamento;
3) verificare che l'impianto sia fuori tensione;
4) eseguire la messa a terra e in corto circuito delle parti
sezionate;
5) provvedere alla protezione verso le eventuali parti attive
adiacenti.
Per quanto riguarda il punto 4), per la realizzazione della
connessione, si deve far riferimento alla Norma CEI 0-16, par
8.2.1 dove si sottolinea che l’esecuzione della messa a terra
ed in cortocircuito dell’impianto AT (tensione superiore a 1 kV)
può essere effettuata con due modalità:
– applicando i dispositivi mobili;
– utilizzando, ove esistenti, le apparecchiature predisposte
per effettuare la messa a terra ed in cortocircuito della parte
d’impianto.
L’Utente può, quindi, adottare una delle seguenti soluzioni
impiantistiche:
1.Non predisporre alcun sezionatore di terra immediatamente
a valle dei terminali del cavo di collegamento alla rete (nel
locale Utente, lato rete); in questo caso la messa a terra
richiesta dalla Norma CEI 11-27 deve essere conseguita
mediante l’impiego di dispositivi di messa a terra mobili
realizzati secondo la Norma CEI EN 61230: Lavori sotto
tensione - Dispositivi portatili di messa a terra o di messa a
terra e in cortocircuito.
18
In particolare, l’Utente deve accertare anch’egli l’assenza
di tensione sul cavo in questione, metterlo a terra e in
cortocircuito con i dispositivi di messa a terra suddetti. Sul
pannello la cui rimozione consente l’accesso ai terminali
del cavo, deve essere apposto idoneo avviso recante
“PANNELLO RIMOVIBILE SOLO DOPO L’INTERVENTO DEL
DISTRIBUTORE”.
2.Predisporre un sezionatore di terra immediatamente a
valle dei terminali del cavo di collegamento alla rete (nel
locale Utente, lato rete); in questo caso gli incaricati del
Distributore stesso devono consegnare una chiave - non
duplicabile per l’Utente - che viene liberata una volta
chiuso il sezionatore di terra dello scomparto (cella) di
consegna del Distributore e che consente la chiusura
del primo sezionatore di terra dell’Utente. Su tale
sezionatore di terra, deve essere apposto idoneo avviso
recante “SEZIONATORE MANOVRABILE SOLO DOPO
L’INTERVENTO DEL DISTRIBUTORE”.
La scelta dell’una o dell’altra soluzione deve essere
comunicata al Distributore preliminarmente alla
connessione. A connessione esistente, l’Utente non può
cambiare soluzione se non con il preventivo assenso
scritto del Distributore.
Di seguito due esempi di quadro UniSec JTI la prima
con sezionatore di terra lato Distributore con chiave
di responsabilità del Distributore, e la seconda con
predisposizione per la messa a terra mediante fioretto.
-QCE -PFV2
-BAD
-QAB
-BCS
-BCR
3
5
6
1
2
-QBS
-PFV1 -QCE1
-BAD
-BCN
-QCE -PFV2
-BAD
2.11Targhe, avvisi e schemi
Nella cabina MT/BT si dovranno installare i cartelli (di divieto,
avvertimento e avviso) realizzati (pittogrammi ed eventuali
scritte) secondo le disposizioni del Decreto Legislativo
81/2008 e s.m.i., Allegato XXV e Norma UNI EN ISO
7010:2012.
I cartelli devono essere costituiti di materiale il più possibile
resistente agli urti, alle intemperie ed alle aggressioni dei
fattori ambientali.
Alcuni esempi di cartelli utilizzabili in una cabina elettrica sono
riportati successivamente.
La Norma propone degli esempi per una corretta collocazione
dei cartelli, delle targhe e dei segnali:
– All’esterno di ciascuna porta d’accesso e su ogni lato di
eventuali recinzioni:
- “divieto d'accesso alle persone non autorizzate”;
- “tensione elettrica pericolosa”;
- “eventuale identificazione della cabina elettrica”;
– all’esterno della porta d'ingresso al locale, oltre ai tre
precedenti:
- “divieto di usare acqua per spegnere incendi”;
- “tensione … kV”;
– all'interno della cabina:
- “istruzioni relative ai soccorsi d'urgenza da prestare agli
infortunati per cause elettriche” compilato nelle parti
relative ai numeri telefonici da contattare in caso di
necessità (medici, ospedali, ambulanze, ecc. più vicini);
- schema elettrico, che riporti, se del caso, anche la
codifica dei colori utilizzati per le diverse tensioni;
– in prossimità delle apparecchiature di MT,
- “tensione … kV”;
– a disposizione del personale addetto alla manutenzione,
- “non effettuare manovre”;
– sulle eventuali uscite di emergenza:
- l’apposito segnale.
-QAB
-BCS
3
5
6
-BCR
1
2
-QBS
-PFV1
-BAD
-BCN
19
2. Progetto e caratteristiche costruttive
della cabina
Dovranno anche essere segnalate eventuali sorgenti
autonome di energia in corrispondenza del dispositivo
di sezionamento del circuito, la presenza di batterie
di accumulatori o condensatori sulle porte delle celle
corrispondenti ed infine, per cabine elettriche complesse, è
opportuno che sia esposto lo schema unifilare.
Cartello di avvertimento con
riferimento esplicito alla
disattivazione dell’impianto elettrico
prima di iniziare lavori su di esso
Cartello combinato con divieti
ed avvertimento che può essere
integrato con scritte esplicite
sotto uno o più elementi
combinati
Vietato alterare lo stato dell’interruttore
Cartello di divieto di accesso alle persone
non autorizzate
Divieto di spegnere con acqua
Cartello di avvertimento di pericolo
tensione elettrica pericolosa
Cartello combinato con divieto
ed avvertimento con indicazione
esplicita dei divieti e degli obblighi
Cartello di identificazione dei circuiti
con diverse colorazioni per i diversi
livelli di tensione e per i conduttori di
messa a terra
Cartello di identificazione della
tensione di una cabina elettrica
(quadro elettrico)
Cartello di avvertimento di pericolo
materiale infiammabile o alta temperatura
Cartello di avvertimento di pericolo
per sorgente autonoma di energia
Da notare che i pittogrammi normalizzati possono essere
combinati e integrati con scritte esplicite ai fini di una loro
maggiore completezza e comprensione.
Fonte: Norme UNI EN ISO 7010.
20
Cartello di identificazione del locale
batterie di accumulatori
Di seguito si riporta il cartello per i primi soccorsi d’urgenza;
la norma raccomanda di compilare i dati richiesti nella parte
inferiore del cartello al fine di rendere tempestivo l’arrivo dei
soccorsi.
AGIRE SUBITO - IL RITARDO È FATALE...
SOCCORSI D’URGENZA DA PRESTARE
AI COLPITI DA CORRENTE ELETTRICA
AZIONE IMMEDIATA
È indispensabile quando la folgorazione compromette l’attività della respirazione e del cuore se il colpito non viene soccorso entro 3 o 4
minuti, può subire conseguenze irreparabili. Accertare innanzitutto che l’infortunato sia fuori dal contatto con le parti in tensione e dare
quindi immediatamente inizio alla respirazione artificiale. NON RITARDARE IL SOCCORSO NEPPURE PER CHIAMARE IL MEDICO, salvo
che i soccorritori siano almeno due o che l’unico soccorritore possa richiamare l’attenzione di altri senza abbandonare l’infortunato.
NON TOCCARE
il colpito se non si è sicuri che il medesimo non è più a contatto, o immediatamente vicino alle parti in tensione. In caso contrario togliere
tensione. Qualora il circuito non possa essere prontamente interrotto, isolare adeguatamente la propria persona con guanti isolanti,
panni asciutti, collocandosi su tavole di legno secco, ecc. e rimuovere l’infortunato afferrandolo preferibilmente per i vestiti se asciutti. In
alternativa allontanare dall’infortunato, con un solo movimento rapido e deciso, la parte in tensione usando fioretti, pezzi di legno secco o
altri oggetti in materiale isolante. Non toccare con la propria persona altri oggetti specialmente se metallici. IN CASO DI INDISPONIBILITÀ
DELLA MASCHERA ORONASALE POTRÀ ESSERE UTILIZZATA LA TECNICA BOCCA BOCCA O BOCCA NASO EVENTUALMENTE CON
L’INTERPOSIZIONE DI UN FAZZOLETTO O DI UNA GARZA.
RESPIRAZIONE ARTIFICIALE
con maschera oronasale:
1. Adagiare il colpito sulla schiena e collocarsi dal lato della sua testa. 2. Munirsi dell’apposita maschera oronasale e posizionare correttamente il gruppo valvola nel collo della maschera (v. fig. A). 3. Piegare alquanto all’indietro il capo dell’infortunato (per aprire il passaggio
dell’aria) ponendogli una mano sotto la nuca mentre con l’altra si fa leva sulla fronte (v. fig. B). 4. Applicare la maschera coprendo il naso e
la bocca dell’infortunato avendo cura che lo stesso mantenga la posizione indicata in fig. B (v. fig. C). 5. Dare due lente e profonde insufflazioni ed osservare il sollevamento del torace dell’infortunato. Quando il torace ritorna in posizione naturale, praticare un ciclo regolare di
12-15 insufflazione per minuto (v. fig. D).
A
B
C
D
IMPORTANTE: se l’infortunato vomita togliere la maschera, girare da un lato la testa e ripulire la bocca. Prima di riutilizzare la maschera soffiare nella maschera per ripulirla.
MASSAGGIO CARDIACO
Se oltre all’arresto della respirazione si constata anche l’assenza dei battiti del cuore (per ricercare questo segno comprimere con due dita il collo dell’infortunato ai lati del pomo di Adamo) occorre effettuare il massaggio
esterno del cuore mediante compressioni ritmiche del torace. Per fare ciò: 1. Applicare le due mani sovrapposte
con il palmo rivolto in basso in corrispondenza della parte inferiore dello sterno (v. fig. a lato). 2. Esercitare pressioni ritmiche energiche verticali usufruendo del peso del corpo e staccando ogni volta le mani dal torace per
permettergli di espandersi per elasticità. 3. Continuare con un ritmo di 50-60 pressioni al minuto. Il massaggio
cardiaco deve essere sempre preceduto della respirazione artificiale con insufflazione orale. Pertanto mentre il
primo soccorritore pratica la respirazione con maschera oronasale, un secondo effettuerà contemporaneamente
un massaggio cardiaco. Nel caso in cui il soccorritore sia solo dovrà comportarsi così: iniziare con 5 massaggi del
cuore - effettuare una insufflazione orale - riprendere con altri 5 massaggi - effettuare una insufflazione e così via. Sospendere le manovre
di insufflazione soltanto quando l’infortunato avrà ripreso a respirare da solo e le pupille ritorneranno a restringersi: controllare però ancora
per qualche tempo se la respirazione spontanea si mantiene. In caso contrario continuare anche durante il trasporto in ospedale e finché
subentri personale sanitario specializzato.
Dopo la ripresa il colpito non deve essere rimosso finché non possa respirare normalmente senza assistenza. Egli deve essere esaminato da un medico prima che gli sia permesso di camminare. Non gli deve essere dato nessun stimolante, se non prescritto dal medico.
Ricordare ancora la TEMPESTIVITÀ È ESSENZIALE.
IN PRESENZA DI USTIONI
1. Iniziare innanzitutto la respirazione artificiale ed eventualmente il massaggio cardiaco se l’infortunato non respira e non presenta attività
cardiaca. 2. Non rimuovere i vestiti bruciati e non rompere le vesciche. 3. Non applicare lozioni o pomate. 4. Ricoprire la parte ustionata
con garza sterile, asciutta. Trattare in tal modo (ricercando se vi sono) anche le ustioni nei punti di uscita della corrente. 5. Se l’infortunato
non ha perso conoscenza ed è in grado di inghiottire, gli si possono dare per bocca 300 gr. di acqua (una scodella) nella quale siano
stati disciolti il bicarbonato e il sale da cucina contenuti nelle bustine in dotazione. Se l’infortunato vomita cessare immediatamente la
somministrazione del liquido. 6. Trasferire senza indugio l’infortunato all’ospedale.
MEDICI PIÙ VICINI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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tel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
tel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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OSPEDALE PIÙ VICINO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
AMBULANZA PIÙ VICINA
..............................
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
tel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
tel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ACCERTARSI PERÒ CHE IL COLPITO
NON TOCCHI ANCORA PARTI IN TENSIONE
Fonte: Norme UNI EN ISO 7010.
21
3. Schemi di principio della connessione
Gli schemi di principio inerenti l’inserimento dell’impianto di
Utente sulla rete del Distributore degli impianti di connessione
sono riportati nelle figure seguenti:
Cabina
secondaria
esistente
Cabina
secondaria
esistente
A
Cabina
secondaria
esistente
D
D
M
M
U
U
Schema A: Inserimento in entra-esce per la connessione in
prossimità di una linea esistente, in modo da generare due
soli tratti di linea afferenti a due cabine secondarie distinte.
Secondo tale schema è possibile la rialimentazione dell’Utente
offrendo una maggiore continuità del servizio.
Cabina
primaria
esistente
D
M
U
Schema B1: Inserimento in antenna da stazione AT/MT; in
questo caso si prevede la realizzazione di una linea alimentata
direttamente da una cabina primaria AT/MT. Tale tipologia
d’inserimento può essere adottata qualora non sia possibile
tecnicamente l’inserzione lungo una linea esistente. In ogni
caso, il locale dedicato all’impianto di rete presso l’utenza
deve poter ospitare le apparecchiature per un’eventuale
adozione successiva dell’inserimento in entra-esce.
Cabina
secondaria
esistente
Cabina
secondaria
esistente
Cabina
secondaria
esistente
D
M
U
Schema B2: Inserimento in antenna da cabina MT/BT per la
connessione tramite un tratto di linea connesso alle sbarre
MT di una cabina di distribuzione esistente. Il locale dedicato
all’impianto di rete presso l’utenza deve poter ospitare le
apparecchiature per un’eventuale adozione successiva
dell’inserimento in entra-esce.
22
Cabina
secondaria
esistente
Schema C: Inserimento in antenna con O.d.M. (organo di
manovra, eventualmente in cabina aggiunta A) lungo una linea
esistente. A partire da O.d.M., si prevede una linea dedicata
all’alimentazione di un’utenza. L’eventuale locale dedicato
all’O.d.M. deve poter ospitare le apparecchiature per una
possibile adozione successiva dell’inserimento in entra-esce.
Cabina
secondaria
esistente
Cabina
secondaria
esistente
D
M
U
Schema D: Inserimento in derivazione rigida a T su una
linea MT esistente di un tratto di linea con il solo interruttore
in corrispondenza dell’impianto di rete per la connessione.
Tale schema è il più semplice ed il meno oneroso, ma riduce
l'affidabilità delle reti; esso offre inoltre una continuità del
servizio inferiore. Questa connessione è da intendersi come
eccezionale.
Concludendo, a prescindere dalla soluzione di connessione
prescelta, per l’impianto di rete presso l’utenza si ha sempre
la situazione impiantistica della figura a pagina 5. A partire
dal cavo MT a valle del punto di connessione, la figura
indica lo schema dell’impianto di un Utente passivo per la
connessione. Con riferimento alla suddetta figura, la cabina
del Distributore presso l’utenza è la cabina realizzata per
connettere l’impianto dell’Utente.
4. Dimensionamento e scelta delle
apparecchiature e dei componenti
La scelta dello schema elettrico della cabina, e quindi delle
relative apparecchiature, dipende da diversi elementi quali:
– il numero delle linee di alimentazione
– il numero dei trasformatori
– le esigenze del servizio, ecc.
Se è vero che le apparecchiature e i componenti delle cabine
devono essere scelti in base alle caratteristiche nominali ed
alle condizioni ambientali del luogo di installazione è altresì
importante, sulla base di quanto visto nei capitoli precedenti,
adottare in fase di progettazione della cabina gli accorgimenti
necessari affinché le temperature di funzionamento non
superino i valori massimi ammissibili consentiti dalle Norme
di prodotto degli apparecchi, per non pregiudicarne la vita
elettrica e la sicurezza.
Con riferimento in particolare alla Norma CEI 0-16, sono
elementi fondamentali per la connessione alla rete del
Distributore il dispositivo generale o DG e il Sistema di
protezione associato al Dispositivo Generale (ovvero Sistema
di Protezione Generale, SPG nel seguito).
L’SPG è composto da:
– trasformatori/trasduttori di corrente di fase e di terra (ed
eventualmente trasformatori/trasduttori di tensione) con le
relative connessioni al relè di protezione
– relè di protezione con relativa alimentazione
– circuiti di apertura dell’interruttore.
Di seguito vengono illustrate le principali caratteristiche
tecniche e le possibilità di scelta di questi dispositivi.
4.1 Sezionatori, interruttori
di manovra, apparecchi
multifunzione
Nei sistemi MT deve essere previsto un dispositivo di
sezionamento a monte di ogni interruttore di manovra che non
soddisfi le Norme dei sezionatori, ad esempio un interruttore
automatico non estraibile, e anche sulle linee di alimentazione
o con possibile alimentazione di ritorno.
I fusibili di MT, in particolare, devono essere associati ad un
dispositivo di manovra e sezionamento che ne consenta la
sostituzione in sicurezza, come ad esempio un interruttore di
manovra sezionatore.
Viceversa, gli interruttori automatici in esecuzione estraibile
delle apparecchiature prefabbricate con involucro metallico
trattate nella Norma CEI EN 62271-200 svolgono anche la
funzione di sezionamento.
I sezionatori non essendo dotati di potere di chiusura e
interruzione, devono essere manovrati in assenza di corrente
e sono in genere interbloccati con i relativi apparecchi di
manovra in modo da impedire la loro apertura o chiusura
sotto carico.
Inoltre ad ogni dispositivo di sezionamento è opportuno
associare un sezionatore di terra interbloccato con la sua
posizione di aperto o sezionato.
Per i motivi suddetti è spesso preferibile prevedere
un apparecchio multifunzione; questi apparecchi, in
quanto coordinati, consentono infatti di risolvere tutte
le problematiche relative agli interblocchi con soluzioni
meccaniche testate in fabbrica.
23
4. Dimensionamento e scelta delle
apparecchiature e dei componenti
Esistono fondamentalmente due tipi di apparecchi
multifunzione:
– interruttore di manovra-sezionatore di linea/sezionatore di
terra
– interruttore/sezionatore di linea/sezionatore di terra
L’interruttore di manovra-sezionatore/sezionatore di terra
ABB tipo GSec segue appunto questa filosofia costruttiva.
Il contenitore è formato da due semi gusci; quello superiore
in resina epossidica isolante consente di ridurre al minimo
le distanze verso le pareti del quadro elettrico e quindi di
ottenere soluzioni particolarmente compatte. Il semi guscio
inferiore, invece, è di acciaio inossidabile e consente la
segregazione metallica tra il comparto sbarre e il comparto
adiacente del quadro elettrico, consentendo la messa a terra
dei due compartimenti e quindi al personale di operare nella
massima sicurezza. Grazie a questa soluzione è possibile
progettare quadri elettrici classificati come PM (Partizione
Metallica).
In accordo alla Norma CEI EN 62271-1, l’apparecchio è
classificato come “sistema a pressione sigillato” in quanto
non sono richiesti interventi relativi al gas durante la sua
vita operativa, in questo caso per 30 anni. Anche l’elevato
numero di manovre meccaniche (classe M2=5000 manovre
con comando a molla singola e classe M1=1000 manovre
con comando a doppia molla) ed elettriche (classe E3 sui
contatti di linea con 5 chiusure su correnti di corto circuito e
100 interruzioni alla corrente nominale) contribuisce a farne un
dispositivo praticamente privo di manutenzione. A migliorare
ulteriormente la compattezza contribuisce anche l’integrazione
delle prese capacitive e degli attacchi cavi direttamente sugli
isolatori inferiori. Il quadro può quindi montare un sistema
VPIS (Voltage Presence Indicating System) ovvero un sistema
di segnalazione di presenza della tensione sui cavi collegati
all’apparecchio stesso in accordo alla Norma IEC 61958. A
completamento delle misure in favore della sicurezza troviamo
la segnalazione meccanica della posizione dell’apparecchio,
segnalazione collegata direttamente all’albero di manovra
dello stesso (come da Annex A delle IEC 62271-102).
5
1
6
7
2
8
3
9
4
1.
2.
3.
4.
Pulsanti di chiusura e di apertura
Innesto leva per la manovra di linea
Innesto leva per la manovra di terra
Lampade presenza tensione (se previste)
Linea
24
5.
6.
7.
8.
9.
Isolatori superiori
Involucro (power part)
Sede del comando
Isolatori inferiori
Schema sinottico
Aperto
Terra
Un ulteriore evoluzione di questo concetto è l’apparecchio
multifunzione ABB denominato HySec, soluzione integrata
e molto compatta che unisce le funzioni di tre diversi
dispositivi: l’interruttore, il sezionatore di linea e il sezionatore
di terra; come nel caso del GSec, la parte inferiore in
acciaio inossidabile consente la segregazione metallica
tra il comparto cavi e il comparto sbarre garantendo la
massima sicurezza per l’operatore durante l’installazione o la
manutenzione del quadro ma, al tempo stesso, garantendo la
continuità di servizio. Anche in questo caso è da considerare
che gli interblocchi tra le varie funzioni fanno parte
dell’apparecchio stesso e sono quindi testate in fabbrica.
La soluzione integrata è quindi particolarmente interessante
per l’utilizzo nei quadri di media tensione per la distribuzione
secondaria.
Nella parte superiore è integrata la funzione di interruttore e a
tal scopo nel semiguscio superiore è alloggiato un interruttore
in vuoto. Il semiguscio inferiore alloggia un interruttore di
manovra-sezionatore di linea (per isolare i cavi dalle sbarre) e
sezionatore di terra (per mettere a terra i cavi stessi).
L’utilizzo delle ampolle in vuoto per l’interruzione delle
correnti di corto circuito consente di isolare in modo brillante
la camera d’arco dell’interruttore dal restante ambiente,
riempito di SF6, che è quindi finalizzato all’isolamento e al
funzionamento del sezionatore. L’interruzione in vuoto, inoltre,
garantisce elevate prestazioni elettriche.
L’apparecchio è molto flessibile in quanto può essere utilizzato
sia come unità di ingresso che di uscita. Inoltre il numero
molto limitato di componenti che caratterizza questa soluzione
integrata e il fatto che sia testata come un unico apparecchio
la rende intrinsecamente molto affidabile. In accordo alla
Norma CEI EN 62271-1, l’apparecchio è classificato come
“sistema a pressione sigillato” in quanto non sono richiesti
interventi relativi al gas durante la sua vita operativa, in questo
caso per 30 anni. A migliorare ulteriormente la compattezza
contribuisce anche l’integrazione delle prese capacitive e
degli attacchi cavi direttamente sugli isolatori inferiori.
Chiuso
Aperto
Isolato Terra
1
2
3
4
5
6
1. Comando della parte interruttiva
2. Involucro in resina della parte interruttiva
3. Interblocco meccanico tra sezionatore di linea e sezionatore di terra
4. Parte inferiore in acciaio inossidabile
5. Comando del sezionatore di linea e del sezionatore di terra
6. Isolatori inferiori con le prese capacitive integrate
25
4. Dimensionamento e scelta delle
apparecchiature e dei componenti
4.2Interruttori
È importante sottolineare che come dispositivo generale DG
è consigliato utilizzare un interruttore perché la norma impone
a tutti gli Utenti MT la protezione contro i guasti a terra. La
scelta del dispositivo generale può quindi ricadere o nel già
visto apparecchio multifunzione o, nel caso sia richiesta una
soluzione più tradizionale e con caratteristiche elettriche
più performanti in termini di corrente nominale e di potere
d’interruzione, sugli interruttori. Ovviamente la Norma CEI
99-4 sottolinea che nei sistemi MT gli interruttori devono avere
un potere di interruzione e di chiusura adeguato alla corrente
di cortocircuito calcolata nel punto di installazione. Suggerisce
altresì di predisporre un allarme che evidenzi immediatamente
la mancanza di energia del comando al fine intervenire
immediatamente per il ripristino della sua alimentazione (vedi
anche Norma CEI 0-16).
Interruttori in gas HD4/R-Sec
26
Gli interruttori ABB della serie VD4/R e HD4/R con comando
laterale sono stati progettati specificatamente per l’utilizzo
nei quadri di distribuzione secondaria e trovano impiego
nelle cabine di trasformazione MT/BT del settore industriale
in genere e del terziario. L’impiego degli interruttori in vuoto
presenta particolari vantaggi nei sistemi di potenza dove sono
richieste frequenti manovre con correnti d’esercizio normali.
Gli interruttori in vuoto VD4/R presentano un’affidabilità di
funzionamento elevata e una lunga durata.
L’interruttore di media tensione in gas HD4/R, utilizza il gas
SF6 per estinguere l’arco elettrico e come mezzo isolante.
Anche questo interruttore come il precedente è realizzato con
tecnica a poli separati. La costruzione è compatta, resistente
e di peso limitato ed è un sistema a pressione sigillato a vita
(norme IEC 62271-1).
Interruttori in vuoto VD4/R-Sec
(con relè REF601 e sensori di corrente)
4.3 Trasformatori di misura e protezione
I TA (trasformatori di corrente o amperometrici) e i TV
(trasformatori di tensione o voltmetrici) vengono previsti negli
impianti per ridurre i valori di corrente e tensione dell’impianto
a valori tali da poter essere rilevati da apparecchiature di
misura e protezione; altra funzione importante è quella di
rendere galvanicamente indipendenti i circuiti secondari di
misura e protezione rispetto al circuito primario di potenza,
garantendo quindi una maggiore sicurezza per gli operatori.
Per una maggior comprensione adottiamo le sigle definite
dalla Norma CEI 0-16:
– TA-I: Trasformatori/trasduttori di corrente di tipo induttivo
– TA-NI: Trasformatori/trasduttori di corrente non induttivi
– TA-T: Trasformatori/trasduttori di corrente di tipo induttivo
senza avvolgimento primario (di tipo toroidale)
– TO: Trasformatore/trasduttore di corrente residua di tipo
induttivo senza avvolgimento primario (di tipo toroidale).
– TV-I: Trasformatori/trasduttori di tensione di tipo induttivo
– TV-NI: Trasformatori/trasduttori di tensione non induttivi,
impiegabili sulle reti MT
Trasformatori di tipo induttivo (TA-I, TA-T, TO, TV-I)
I principali riferimenti Normativi per i TA e TV anche di tipo
induttivo (con lamierini in ferro) nelle reti di media tensione
sono:
CEI EN 61869-1: Trasformatori di misura, Parte 1: Prescrizioni
generali
CEI EN 61869-2: Trasformatori di misura, Parte 2: Prescrizioni
addizionali per trasformatori di corrente
CEI EN 61869-3: Trasformatori di misura, Parte 3: Prescrizioni
addizionali per trasformatori di tensione induttivi
In queste Norme sono riportate le caratteristiche costruttive
e la definizione delle classi di precisione. Va considerato
che la classe di precisione per TA e TV di misura ed i TV
di protezione, è funzione del carico che viene collegato al
secondario: la precisione è garantita solo quando il carico
secondario è maggiore del 25% della prestazione nominale
del trasformatore. Considerando gli attuali bassi consumi
della apparecchiatura collegata al secondario è quindi
essenziale che anche la prestazione dei TV (sia di misura che
di protezione) come pure dei TA di misura sia limitata per
garantire che il trasduttore operi all’interno della classe di
precisione per cui è stato previsto.
Trasformatori di corrente (TA-I, TA-T, TO) di tipo induttivo
Una precisazione importante va fatta a proposito dei TA
relativamente alla forma costruttiva ed al metodo di misura.
Il riferimento è in particolare ai TA toroidali che sono TA a
tutti gli effetti e come tali devono essere classificati. Il TA può
essere di:
– tipo avvolto TA-I (come normalmente sono i TA all’interno
dei quadri di media tensione) con riportati all’esterno i due
morsetti terminali del circuito primario e i morsetti terminali
del circuito secondario. Il circuito primario può essere in
questo caso con numero di spire anche diverso da 1;
– tipo a barra passante TA-T in cui vi è un pezzo di sbarra
(generalmente di rame) già annegata nella resina. In questo
caso i terminali dell’avvolgimento primario sono gli estremi
della sbarra, mentre gli estremi dell’avvolgimento secondario
vengono riportati sui morsetti esterni. Il numero di spire
primarie in questo caso è comunque sempre pari a 1;
– tipo toroidale TO ove il primario non è previsto e sarà
costituito dai cavi MT che passano nel foro centrale del TA;
gli estremi dell’avvolgimento secondario vengono riportati
sui morsetti esterni. Il numero di spire primario in questo
caso è comunque in generale pari a 1 a meno che non
venga fatto passare il conduttore più volte nel TA. Questi TA
possono anche essere costruiti di tipo apribile per una più
facile installazione in impianti esistenti.
27
4. Dimensionamento e scelta delle
apparecchiature e dei componenti
Per tutte le tipologie di TA, le classi di precisione sono
analoghe e definite in accordo alla norma.
A seconda di come il TA viene inserito in rete può eseguire
misure di significato diverso. In particolare:
il TA che viene inserito su una sola fase (ad esempio TA
toroidale che abbraccia solo una fase) misura correnti di linea
(di fase);
il TA che viene inserito sulle tre fasi (ad esempio TA toroidale
che racchiude al suo interno i conduttori delle tre fasi) misura
la somma vettoriale delle correnti (in realtà la somma dei
flussi) e quindi la corrente omopolare.
Quanto precedentemente evidenziato per indicare che
indipendentemente dalla forma costruttiva, la misura che si
ottiene al secondario dei TA è funzione del modo con cui
viene inserito in rete.
I TA servono a tradurre correnti dal circuito di potenza
al circuito di misura. Sono dalla norma classificati in due
tipologie:
– TA di misura a cui si collegano strumenti di misura quali
amperometri, wattmetri, convertitori, ecc.;
– TA di protezione al cui secondario vengono collegati i
relè di protezione. Questa classificazione fa riferimento a
sistemi di misura e protezioni indipendenti. Oggi con le
apparecchiature digitali (Unità REF) la protezione e la misura
sono svolte dal medesimo apparecchio e non sono previsti
ingressi separati da TA con caratteristiche differenti (misura
e protezione). Conseguentemente per ottenere corretto
utilizzo dei relè digitali, i TA vanno scelti con la doppia
classe di precisione ad esempio:
TA di misura
Dato essenziale nella scelta delle caratteristiche dei TA di
misura è che la classe di precisione è garantita per carichi
secondari maggiori del 25% rispetto alla prestazione nominale.
Quando la strumentazione era elettromeccanica era quindi
logico acquistare TA con elevate prestazioni, ma oggi, con la
strumentazione digitale, possono essere acquistati TA con
prestazioni veramente limitate (tipicamente 5 massimo 10 VA).
I TA di misura hanno come prerogativa la caratteristica
di saturare per correnti di poco al di sopra della corrente
nominale primaria per garantire la protezione degli strumenti
(tipicamente in grado di sopportare al massimo 20 In per
0,5 secondi) in caso di cortocircuito. Per i TA di misura, in
accordo alla norma, deve quindi essere definito un fattore di
sicurezza (Fs) tale per cui, per correnti superiori a Fs x In, il
TA è sicuramente saturato (proteggendo conseguentemente il
circuito secondario).
Nella realtà il TA non viene caricato al secondario fino alla sua
prestazione nominale ma ad un carico inferiore. Il fattore di
sicurezza reale (F’s) risulta quindi maggiore del nominale ed
una verifica è essenziale per garantire che la strumentazione
collegata al circuito secondario risulti adeguatamente protetta.
Il fattore limite di sicurezza vero, può essere calcolato con la
relazione seguente:
F’S = FS .
F’S 100/1 - 4 VA - Cl. 0,5 + 5P10
Le due classi di precisione sono definite per diversi campi di
funzionamento del TA e possono quindi coesistere.
Analogamente a quanto descritto per i TA, lo stesso
ragionamento si può fare per i TV. Quindi quando si utilizzano
relè digitali della famiglia RE_, l’accortezza è di scegliere TV
con la doppia classe di precisione, ad esempio:
6000:
/ 100:
- 10 VA - Cl. 0,5 + 3P
28
F S
SN STA I2N RTA SVERO RC RSTRUMENTI
S TA + SN
STA + SVERO
= fattore di sicurezza vero al carico secondario
reale;
= fattore di sicurezza nominale del TA;
= prestazione nominale del TA;
= autoconsumo del TA = R TA x I2N2 ;
= corrente nominale secondaria del TA;
= resistenza secondaria del TA a 75 °C;
= carico vero a secondario del TA = I2N2 x (RSTRUMENTI + Rc);
= resistenza del circuito di cablaggio;
= carico (autoconsumo) della strumentazione
collegata al secondario del TA.
Due esempi possono essere di ausilio relativamente alla scelta
delle caratteristiche dei TA di misura ed agli errori che si
commettono in caso di sovradimensionamento.
Si consideri un TA con rapporto 100/1 con carico secondario
costituito da un amperometro (autoconsumo 0,5 VA) ed un
convertitore multifunzione (autoconsumo 0,5 VA). Resistenza
del circuito secondario tra morsetti del TA e strumentazione
0,1 ohm.
Esempio 1
TA 100/1 - Cl. 0,5 - 4 VA - FS = 5 - RTA = 0,8 ohm
Il carico reale secondario è pari a 1,1 VA ovvero il 27,5%
della prestazione nominale, quindi la classe di precisione è
garantita.
Il fattore di sicurezza reale vale:
F’S = FS .
STA + SN
STA + SVERO
=5.
0,8 + 4
0,8 + 1,1
= 12,6
Il TA satura per correnti inferiori alla tenuta degli strumenti
collegati al secondario e quindi risulta adeguatamente
dimensionato.
Esempio 2
TA 100/1 - Cl. 0,5 - 10 VA - FS = 10 - RTA = 0,8 ohm
Il carico reale secondario è pari a 1,1 VA ovvero 11,5 % della
prestazione nominale, quindi la classe di precisione non è
garantita. Il fattore di sicurezza reale vale:
F’S = FS .
STA + SN
STA + SVERO
= 10 .
0,8 + 10
0,8 + 1,1
= 57
Il TA satura per correnti superiori alla tenuta degli strumenti
collegati al secondario e quindi in caso di cortocircuito in rete
si può avere la distruzione degli strumenti e la conseguente
apertura del circuito secondario con grave rischio per
la sicurezza del personale (sovratensioni). Risulta quindi
evidente come ogni secondario dei TA di misura debba
essere accuratamente dimensionato onde evitare gravi danni
all’impianto in caso di guasto e poter ottenere misure nella
classe di precisione richiesta.
TA di protezione
I TA che vengono associati alle protezioni hanno la peculiarità
di non saturare fino a quando l’intervento della protezione
non è garantito per la massima corrente di cortocircuito. Il
parametro che nei TA di protezione definisce il valore entro cui
la risposta risulta lineare è il fattor e limite di precisione (FL)
normalmente pari a 10-15-20 oppure anche maggiore.
Nella scelta delle caratteristiche del TA di protezione
(prestazione e fattore limite di precisione) occorre rispettare le
seguenti condizioni:
– la prestazione del TA deve essere superiore al carico
secondario (relè e cablaggio);
– i TA da associare alle protezioni di massima corrente non devono saturare fino a quando non ne è garantito il sicuro funzionamento. Generalmente per i relè ABB si può considerare
che la saturazione deve avvenire almeno al doppio del valore
di regolazione con un minimo di 20 In, ma valori precisi sono
reperibili nei cataloghi delle varie tipologie di relè;
– i TA da associare a protezioni particolari quali relè differenziali, distanziometrici, ecc. devono avere fattore di sicurezza
definiti caso per caso e riportati nei cataloghi dei relè;
– i TA devono saturare per valori appropriati di corrente al
fine di leggere correttamente le sovraccorrenti e allo stesso
tempo di preservare i relè ed i circuiti secondari in caso di
cortocircuito. Tipicamente i relè di massima corrente hanno
una sopportabilità pari a 100 In per 1 secondo e 250 In di
picco, ma valori più precisi sono reperibili nei cataloghi dei
vari relè.
L’ultima condizione è generalmente poco considerata e può
essere causa di gravi danni ai componenti se non verificata.
Come per il fattore limite di sicurezza per i TA di misura,
anche per i TA di protezione il fattore limite di precisione
vero deve essere calcolato in funzione del carico realmente
collegato al secondario, e può essere calcolato con la
relazione seguente:
F’L = FL
F’L F L
SN STA I2N RTA SVERO RC RRELE’ STA + SN
STA + SVERO
= fattore limite di precisione vero al carico secondario
reale;
= fattore limite di precisione nominale del TA;
= prestazione nominale del TA;
= autoconsumo del TA = RTA x I2N2 ;
= corrente nominale secondaria del TA;
= resistenza secondaria del TA a 75 °C;
= carico vero a secondario del TA = I2N2 x (RRELE’ + RC);
= resistenza del circuito di cablaggio;
= carico (autoconsumo) dei relè collegati al TA.
29
4. Dimensionamento e scelta delle
apparecchiature e dei componenti
Come per i TA di misura, due esempi possono essere
significativi per la verifica delle caratteristiche di TA di
protezione. Si consideri un TA con rapporto 100/1 con
carico secondario costituito da un relè di massima corrente
(autoconsumo 0,05 VA). Resistenza del circuito secondario
tra morsetti del TA e relè 0,1 ohm, quindi il carico reale
secondario è pari a 0,15 VA.
Esempio 1
TA 100/1 – 4 VA – 5P10 - RTA= 0,8 ohm
Il fattore limite di precisione reale vale:
F’L = FL .
STA + SN
STA + SVERO
= 10
0,8 + 4
0,8 + 0,15
= 50,5
Il TA satura per corrente sufficientemente elevata per una
protezione di massima corrente (massima regolazione del
relè in generale non superiore a 20 In). Il relè e tutto il circuito
secondario (morsetti e cavetteria) sono adeguatamente
protetti da correnti di cortocircuito molto elevate.
Esempio 2
TA 100/1 – 10 VA – 5P20 - RTA = 0,8 ohm
Il fattore limite di precisione reale vale:
F’L = FL .
STA + SN
STA + SVERO
= 20
0,8 + 10
0,8 + 0,15
= 227
Se il TA è inserito in un circuito in cui la corrente di
cortocircuito è elevata (ad esempio un quadro da 31,5 kA)
in caso di cortocircuito anziché l’intervento della protezione
per comandare l’apertura dell’interruttore, si ha la probabile
distruzione del relè con le conseguenze che è possibile
immaginare.
Risulta quindi evidente come anche per i TA di protezione,
ogni secondario debba essere accuratamente calcolato
onde evitare gravi danni in impianto in caso di guasto e poter
garantire la sicura la protezione della parte di rete sottesa.
Trasformatori di tensione (TV-I) di tipo induttivo
Per i trasformatori di tensione sia per strumenti di misura
che per relè di protezione vale la stessa regola dei TA di
misura relativamente al campo entro cui è garantita la classe
di precisione: la classe di precisione è garantita solo se il
30
carico secondario è maggiore del 25% della prestazione
nominale. Non è facile riuscire a garantire che un TV operi
nella classe di precisione quando al secondario si collega
una strumentazione (relè o strumenti di misura) che ha un
autoconsumo di frazioni di VA.
L’utilizzo di carichi zavorra (resistenze) da inserire al
secondario dei TV quando questi sono stati scelti con
prestazioni troppo elevate per poter garantire la classe di
precisione, ha due inconvenienti:
– si aggiunge nel circuito (che può anche essere di
protezione) un elemento che si può guastare e quindi riduce
l’affidabilità complessiva del sistema;
– si introduce un elemento riscaldante nella cella misure del
quadro con evidenti problemi di estrazione del calore.
Nella scelta dei TV occorre tener conto anche di eventuale
ferrorisonanza. Il fenomeno della ferrorisonanza è un
aspetto tipico dei TV, inseriti su reti in cavo con neutro
isolato o non efficacemente messo a terra. La capacità del
cavo, insieme all’induttanza dei TV, costituisce un circuito
oscillante (R L C). Sul circuito si possono quindi verificare
delle condizioni per cui il circuito stesso entri in risonanza
(reattanza capacitiva=reattanza induttiva satura del TV) e,
pur cessando la causa che ha provocato la saturazione
(ad esempio un guasto a terra), permane un’oscillazione
transitoria (a frequenza multipla di quella della rete) di
energia reattiva messa in gioco dai componenti del circuito
oscillante. A causa della frequenza di questa oscillazione, si
produce una permanente ed elevata circolazione di corrente
nel solo avvolgimento primario. Essendo tale corrente solo
magnetizzante, l’avvolgimento secondario è scarsamente
interessato, per cui si ha un elevato riscaldamento al primario
e trascurabile al secondario. L’anormale riscaldamento degli
avvolgimenti produce sempre una forte pressione interna con
conseguente rottura dell’involucro esterno. Gli accorgimenti
che si prendono per evitare fenomeni di ferrorisonanza sono
principalmente:
– aumentare l’impedenza di magnetizzazione del TV;
– utilizzare TV che lavorano ad induzione inferiore a quella
preconizzata;
– utilizzare TV con lamierini ad alta permeabilità;
– inserire resistenze di smorzamento (o comunque dispositivi
con resistenza non lineare) in serie agli avvolgimenti
secondari collegati a triangolo aperto (il relè di tensione
deve essere collegato in parallelo alla resistenza
antiferrorisonanza).
– utilizzare il dispositivo ABB VT Guard Pro collegato al
triangolo aperto, che provvede ad aumentare la resistenza
all’aumentare della tensione.
Per la misura delle tensioni omopolari (necessarie per
identificare i guasti a terra) si utilizzava in passato una terna
secondaria dei TV collegata a triangolo aperto. Nelle moderne
apparecchiature digitali non è più necessario prevedere
questo secondario dei TV in quanto la tensione omopolare
(somma vettoriale delle tre tensioni di fase) viene calcolata
internamente al relè stesso (spesso il segnale che proviene
dal secondario a triangolo aperto ha una precisione inferiore).
Sensori di corrente e tensione non induttivi (TA-NI, TV-NI)
Essendo estremamente ridotta la potenza assorbita dai
dispositivi che vengono collegati sul circuito secondario
non è più necessario disporre di circuiti magnetici per
l’accoppiamento tra circuito primario e secondario. Sono
stati quindi sviluppati sensori di corrente o TA in aria (bobina
di Rogowsky) e sensori di tensione (partitori di tensione) che
eliminano gli aspetti negativi dei trasformatori di tipo induttivo
(ciclo di isteresi). Si fa riferimento in particolare a:
– saturazione: con i sensori di corrente non esiste il fenomeno
della saturazione (non vi è ferro) e quindi la definizione del
fattore limite di precisione non è più un problema;
– prestazione: si è visto negli esempi precedenti come sia
difficile conciliare la prestazione dei trasformatori di misura
con i carichi collegati al secondario. Infatti la necessità di
avere almeno il 25% di carico per garantire la precisione
non è più un problema;
– correnti e tensioni nominali primarie: la linearità di risposta
consente di coprire il 95% delle applicazioni con solo
due o tre tipi di trasduttore con vantaggi notevoli per la
standardizzazione delle celle del quadro e la possibilità di
una loro rapida riconversione;
– non esiste più la necessità di avere TA o TV di misura e/o
TA o TV di protezione in quanto la precisione è costante e
non vi è più la problematica della saturazione.
Per i sensori di corrente o TA in aria, la principale caratteristica
è che si tratta di trasformatori in cui il circuito magnetico è
sostituito dall’aria. Dato peculiare di questi tipi di TA è che
il segnale secondario non è proporzionale alla grandezza
primaria, bensì alla sua derivata (che opportunamente
integrata nei dispositivi collegati al secondario consente di
ottenere la misura della corrente). Come già evidenziato non si
hanno fenomeni di saturazione, ma come aspetto negativo vi
è in generale la classe di precisione che allo stato attuale della
progettazione non raggiunge le caratteristiche che si possono
avere per i TA di misura di tipo induttivo.
Per i sensori di tensione la principale caratteristica è l’assenza
del fenomeno di ferrorisonanza (ovvio in quanto non esiste più
ferro). Questo è un vantaggio non trascurabile ove vi è ancora
l’utilizzo di reti esercite con il neutro isolato. Come per i TA
in aria, anche per i partitori di tensione (TV), allo stato attuale
della tecnologia, la classe di precisione non raggiunge ancora
quella dei TV di tipo induttivo.
Gli interruttori ABB della serie VD4/R e HD4/R possono essere equipaggiati con due o tre sensori di corrente; tre sensori di
corrente sono necessari per eseguire le funzioni di protezione
di massima corrente istantaneo omopolare e massima corrente a tempo inverso omopolare per sommatoria vettoriale delle
correnti di fase; qualora tali funzioni vengano eseguite con
trasformatore di corrente toroidale esterno, possono essere
installati solo due sensori di corrente; a richiesta è disponibile
il trasformatore toroidale esterno.
I sensori di corrente sono del tipo in aria visto precedentemente (bobine di Rogowsky) incapsulate in resina epossidica.
Le Norme di riferimento (in corso di revisione) per i sensori di
corrente e di tensione sono:
– CEI EN 60044-8: Trasformatori di misura, Parte 8:
Trasformatori di corrente elettronici
– CEI EN 60044-7: Trasformatori di misura, Parte 7:
Trasformatori di tensione elettronici
31
5. Relè di protezione
La Norma CEI 99-4 ribadisce che ogni circuito equipaggiato
con interruttore deve essere dotato di dispositivi di protezione
contro le sovracorrenti che agiscono sul comando di apertura
dell’interruttore. I dispositivi di protezione possono essere:
– relè diretti montati a bordo interruttore e alimentati
direttamente dalla corrente primaria (non utilizzati in media
tensione)
– relè indiretti senza alimentazione ausiliaria
– relè indiretti con alimentazione ausiliaria
I relè di massima corrente devono essere scelti tenendo
conto delle caratteristiche del circuito da proteggere e del
coordinamento selettivo delle protezioni; nel caso venga
imposta dal Distributore una protezione con intervento
istantaneo, può risultare impossibile realizzare un
coordinamento selettivo delle protezioni nell’ambito della
rete interna di distribuzione MT (qualora presente) causa
l’intervento istantaneo dell’interruttore generale. In questo
caso è possibile però limitare il disservizio conseguente a
guasto nella rete interna adottando ad esempio uno schema
di distribuzione adeguato (ad es. radiale doppio, anello aperto)
e opportuni dispositivi per individuare il tronco guasto oppure
realizzare una selettività amperometrica con la rete in BT.
La Norma CEI 0-16 ha introdotto regole generali per le
protezioni della connessione tra Utenti e Distributori.
Nella norma sono definite in dettaglio anche le relative
caratteristiche e regolazioni. Le protezioni che vengono
previste sul punto di connessione tra Utenti e Distributori non
hanno lo scopo di proteggere le macchine e gli impianti, ma
solo di definire i valori contrattuali superati i quali l’Utente
deve disconnettersi dalla rete del Distributore.
32
Quindi l’installazione di una protezione sul punto di consegna
non è garanzia di adeguata protezione della rete a valle.
In generale il sistema di protezione deve prevedere almeno le
seguenti funzioni:
– protezione di massima corrente di fase con tre soglie:
- prima soglia con caratteristica di intervento a tempo molto
inverso per la protezione da sovraccarichi (I>);
- seconda soglia per identificare guasti di cortocircuito
polifase di lieve entità nella rete Utente (I>>);
- terza soglia per identificare guasti di cortocircuito polifase
nella rete Utente (I>>>);
– protezione di massima corrente omopolare (o di terra):
questa protezione può essere realizzata in due modi
differenti a seconda del contributo capacitivo della rete
Utente verso il Distributore. In particolare se il contributo
della rete Utente verso il Distributore è inferiore all’80%
del valore richiesto dal Distributore, la protezione può
essere del tipo non direzionale in caso contrario deve
essere necessariamente di tipo direzionale (con direzione di
intervento per correnti che fluiscono dal Distributore verso
la rete Utente).
– Per reti con contributo capacitivo inferiore o uguale
all’80% della regolazione imposta sono richieste due
soglie di massima corrente omopolare con le seguenti
caratteristiche:
- prima soglia con caratteristica di intervento a tempo
definito per identificare guasti monofase a terra nella rete
Utente (Io>);
- seconda soglia con caratteristica di intervento a tempo
definito per identificare doppio guasto monofase a terra
nella rete Utente (Io>>).
– Per reti con contributo capacitivo superiore all’80% della
regolazione imposta sono richieste tre soglie di massima
corrente omopolare con le seguenti caratteristiche:
- prima soglia di tipo direzionale con caratteristica di
intervento a tempo definito per identificare guasti
monofase a terra nella rete Utente con regime di neutro
compensato (Io-> la Norma la denomina 67N.S1);
- seconda soglia di tipo direzionale con caratteristica
di intervento a tempo definito per identificare guasti
monofase a terra nella rete Utente con regime di neutro
isolato (Io-> la Norma la denomina 67N.S2);
- terza soglia di tipo non direzionale con caratteristica di
intervento a tempo definito per identificare doppio guasto
monofase a terra nella rete Utente (Io>>).
Per capire quando è necessaria la 67N si può procedere
come di seguito indicato.
Nel caso di sistemi con neutro isolato, è possibile determinare
convenzionalmente il valore (in Ampere) della corrente di
guasto monofase a terra secondo la seguente formula
empirica:
I F = U (0,003 L1 + 0,2 L2)
Dove:
U è la tensione nominale tra le fasi della rete in kV:
L1 è la somma delle lunghezze in km delle linee aeree e
L2 è la somma delle lunghezze in km delle linee in cavo,
in condizioni normali collegate metallicamente fra loro
durante il funzionamento della rete.
La formula sopra riportata è approssimata; valori più precisi
possono essere calcolati secondo la Norma CEI EN 60909
(CEI 11-25).
Nel caso di sistema con neutro a terra tramite impedenza,
il valore della corrente di guasto monofase a terra è
indipendente dall’estensione della rete MT e viene definito
convenzionalmente dal Distributore.
In ogni caso, come esempio, dato che la taratura richiesta
della protezione è di solito 2A, applichiamo la formula
prendendo questo valore, quindi l’80% di 2 A fanno 1,6A
(Io). Inoltre negli impianti industriali e del terziario di piccole e
medie dimensioni non sono presenti linee aeree, quindi si può
applicare una ulteriore semplificazione alla formula:
ovvero IF = 0,2 U L.
Abbiamo quindi:
L= IF / (0,2 U) e infine sostituendo Io a IF: L = 1,6 / (0,2 U)
Applicando la formula abbiamo che dovremo adottare la
protezione 67N:
– con Tensione rete di 20 kV per linee in cavo MT > 400m
– con Tensione rete 15 kV per linee in cavo MT > 533m
Per gli altri valori di tensione di rete si può calcolare la
lunghezza massima ancora con la formula sopra indicata.
Nella norma sono riportate anche alcune regolazioni tipiche
delle protezioni ed in ragione di queste regolazioni si possono
fare alcune considerazioni.
Le regolazioni minime indicate sono:
I>
Protezione di massima corrente di fase: prima soglia
(attivazione opzionale)
Da concordare con il Distributore
I>>
Protezione di massima corrente di fase: seconda soglia
< 250 A, tempo di estinzione sovracorrente < 500 ms
I>>>
Protezione di massima corrente di fase: terza soglia
< 600 A, tempo di estinzione sovracorrente < 120 ms
Io>
Protezione di massima corrente omopolare prima soglia
(impiegata solo in assenza della 67N)
Per reti con neutro isolato
Per reti con neutro compensato
< 2 A, tempo di estinzione del guasto < 170 ms
< 2 A, tempo di estinzione del guasto < 450 ms
Protezione di massima corrente omopolare
Per reti con neutro isolato (impiegata solo con presenza 67N.
S2)
valore 140% della corrente di guasto monofase a terra comunicata dal
Distributore; tempo di estinzione del guasto: < 170 ms
Per reti con neutro compensato (sempre presente anche con
67N)
valore 140% della corrente di guasto monofase a terra comunicata dal
Distributore (tipicamente, 70 A reti a 20 kV e 56 A per reti a 15 kV);
tempo di estinzione del guasto: < 170 ms
Io->
S1
Protezione direzionale di terra soglia 67N.S1 (selezione
guasti a terra in regime di neutro compensato)
Io: 2 A, Uo: 5 V; settore di intervento (ritardo di Io rispetto a Uo):
60° ÷ 250°;
tempo di estinzione del guasto: < 450 ms;
Io->
S2
Protezione direzionale di terra soglia 67N.S2 (selezione
guasti a terra in regime di neutro isolato)
Io: 2 A, Uo: 2 V; settore di intervento (ritardo di Io rispetto a Uo):
60° ÷ 120°;
tempo di estinzione del guasto: 170 ms;
Io>>
33
5. Relè di protezione
In alternativa alle regolazioni sopra esposte, per gli Utenti
di reti a neutro compensato che non necessitano della
protezione 67N.S1 e 67N.S2, può essere impiegata la sola
soglia Io>, con le seguenti regolazioni: valore 2 A; tempo di
estinzione del guasto: 170 ms.
Nota bene: per tempo di estinzione della sovracorrente
(estinzione del guasto), si intende la somma del tempo
di intervento della protezione, del tempo di apertura
dell’interruttore fino alla completa estinzione della corrente.
Quindi nel calcolare le regolazioni delle protezioni occorre
sottrarre il tempo di apertura dell’interruttore (tipicamente 6070 ms).
Le regolazioni indicate, che comunque debbono essere
concordate caso per caso, evidenziano che è possibile in
generale ottenere una buona e selettiva protezione solo
per guasti a terra in regime di neutro compensato, mentre
per guasti a terra in regime di neutro isolato o in caso di
cortocircuito polifase (bifase a terra oppure no e trifase) la
selettività tra protezioni MT all’interno della rete Utente è
praticamente impossibile (tenuto conto dei tempi di manovra
degli interruttori).
La norma prevede che in casi particolari si possa utilizzare
anche la selettività logica ma questo deve essere concordato
tra Utente e Distributore.
Altra funzione di protezione richiesta dalla CEI 0-16 che deve
essere prevista in alcuni impianti è la minima tensione che ha
però una applicazione di automatismo e non di protezione
vera e propria. Ove la potenza totale dei trasformatori
che possono essere rimagnetizzati contemporaneamente
a seguito della mancanza di tensione (se gli interruttori
rimangono chiusi) sia maggiore del valore riportato nella
norma, è richiesto di procedere ad un distacco ed una
seguente reinserzione a gradini per impedire che correnti di
inserzioni troppo elevate facciano intervenire le protezioni di
massima corrente che non sono dotate di funzione ‘blocco
magnetizzazione’.
Data la criticità nell’accoppiamento tra trasformatori di
corrente e relè l’adozione di soluzioni integrate relè/TA come
nel caso degli interruttori ABB della serie VD4/R e HD4/R può
annullare i rischi di una scelta sbagliata. Non a caso la norma
raccomanda di porre particolare attenzione al coordinamento
tra trasformatori di corrente e relè.
Nel caso di impiego di relè indiretti con alimentazione
ausiliaria è necessario disporre di una sorgente indipendente
(solitamente una batteria di accumulatori) che assicuri
l’alimentazione anche in caso di guasto. Inoltre la mancanza
della sorgente ausiliaria deve essere opportunamente
segnalata.
34
Nelle cabine di trasformazione per la connessione degli Utenti
Passivi di MT alla rete del Distributore, ABB propone il REF
601 versione CEI (protezioni e curve di intervento conformi
alla CEI 0-16, con soglie impostabili come già alla specifica
ENEL DK 5600). Le funzioni di protezione disponibili sono:
– protezione di massima corrente (codice ANSI 50 - 51),
bifase o trifase a seconda che siano connessi due o tre
sensori di corrente
– protezione di guasto a terra omopolare (codice ANSI 50N 51N) mediante sommatoria vettoriale interna dei tre sensori
di fase oppure mediante toroide di guasto a terra esterno
più due o tre sensori di corrente
– rilevamento della corrente magnetizzante di un
trasformatore trifase per evitare lo scatto intempestivo
all’inserzione (codice ANSI 68).
L’unità prevede fino a 3 ingressi da sensori di corrente TA-NI
del tipo a bobina di Rogowsky.
I sensori di corrente sono disponibili in versione integrata negli
interruttori KEVCR24 OC2. Nel caso sia necessario il sensore
omopolare nel kit CEI 0-16 sono previsti i modelli TO11S3 o
TO21S3 (foro da 110 mm o da 210 mm).
Le protezioni installate sono:
– Protezione contro il sovraccarico I> (51)
– Protezione con ritardo contro il cortocircuito polifase I>> (51)
– Protezione istantanea contro il cortocircuito polifase I>>> (50)
– Protezione contro il guasto monofase a terra Io> (51N)
– Protezione contro il doppio guasto monofase a terra Io>> (50N)
Altre importanti caratteristiche del REF 601, sono:
– pulsanti per la manovra elettrica locale dell’interruttore
(pulsante di apertura e di chiusura; l’interruttore laterale è
sempre fornito con sganciatore di apertura; per comandare
la chiusura da REF 601 occorre ovviamente richiedere
l’applicazione dello sganciatore di chiusura)
– 5 indicatori distinti: “relè funzionante”, “relè in soglia di
intervento”, “relè scattato”, “relè intervenuto per supero
corrente di fase”, “relè intervenuto per supero corrente di
guasto a terra”
– HMI costituita da display LCD e tasti “a frecce”, “invio”
e “uscita” per navigazione facilitata all’interno dei
menù “misura”, “registrazione dati”, “registro eventi”,
“impostazioni”, “configurazione”, “test”
– tre livelli di Utente con diverse operazioni permesse e due
password
– visualizzazione continua della corrente sulla fase più
caricata e della corrente di terra
– registrazione del valore delle correnti che hanno causato
l’intervento del dispositivo
– memorizzazione del numero di aperture operate dal
dispositivo
– registro eventi (memorizzazione dei parametri prima descritti
negli ultimi 5 interventi del dispositivo) su memoria nonvolatile
– apertura dell’interruttore tramite sganciatore di minima
tensione (versione CEI 0-16)
– alimentatore multi-tensione 24...240 V AC/DC
IL REF601 può essere montato anche a bordo quadro. In
questo caso è previsto il kit di componenti seguente:
–REF601
– sensori TA-NI CEI 0-16 toroidali per montaggio su cavo
(KECA 250 B1)
– sensore omopolare TO CEI 0-16 TO11S3 o TO21S3
– sganciatore a mancanza di tensione.
Nel caso sia necessaria una protezione generale più
sofisticata è possibile utilizzare il REF 542plus. Questo
dispositivo è estremamente versatile, può essere impiegato
per la protezione di qualunque tipo di carico (linea,
trasformatore, motore, …), può effettuare funzioni di
automazione e controllo a livello di unità funzionale e quadro
e dispone di un interfaccia grafica per la visualizzazione dello
stato ed il comando dell’interruttore.
Nella versione base CEI 0-16 il dispositivo è composto da:
– 1 alimentatore a tensione fissa 110 V DC
– 1 modulo main board
– 1 modulo di ingresso uscita binario (14 ingressi, 8 uscite, 1
watchdog)
– 1 modulo di ingresso analogico per 3 sensori di corrente, 3
sensori di tensione, 1 sensore di corrente omopolare
– 1 unità di interfaccia HMI e cavo di collegamento con la
base unit
– 1 kit di connessione per il cablaggio dell’unità all’interno del
pannello.
35
5. Relè di protezione
Data la grande versatilità, sono disponibili a richiesta diverse
configurazioni addizionali, per soddisfare ogni esigenza.
Le configurazioni software che possono essere caricate sul
dispositivo sono di due tipi:
Configurazione A, priva delle protezioni direzionali di
terra. Tale configurazione è adeguata per impianti semplici,
caratterizzati dall’assenza di linee aeree, dalla ridotta
estensione delle linee in cavo e dall’installazione di tutti i
trasformatori MT/BT in un unico locale Utente.
Le protezioni installate sono:
– Protezione contro il sovraccarico I> (51)
– Protezione con ritardo contro il cortocircuito polifase I>> (51)
– Protezione istantanea contro il cortocircuito polifase I>>> (50)
– Protezione contro il guasto monofase a terra Io> (51N)
– Protezione contro il doppio guasto monofase a terra Io>> (50N)
– Opzionalmente la protezione di minima tensione 27 per il
distacco dei trasformatori addizionali.
Non essendo richieste le protezioni direzionali, le misure di
tensione non sono necessarie.
In tale caso, il KIT è cosi’ composto:
– Unità REF542plus
– 3 sensori di corrente tipo KECA per la misura delle correnti
di fase1
– 1 sensore omopolare di terra tipo TO11S3 o TO21S3 per la
misura della corrente di terra.
36
Configurazione B, con protezioni direzionali di terra, utilizzata
negli altri casi sempre per Utenti Passivi.
Le protezioni installate sono:
– Protezione contro il sovraccarico I> (51)
– Protezione con ritardo contro il cortocircuito polifase I>>
(51)
– Protezione istantanea contro il corto circuito polifase I>>>
(50)
– Protezione contro il guasto monofase a terra Io>> (50N)
– Protezione direzionale contro il guasto a terra per neutro
compensato 67N NC
– Protezione direzionale contro il guasto a terra per neutro
isolato 67N NI
– Opzionalmente la protezione di minima tensione 27 per il
distacco dei trasformatori addizionali
Le protezioni direzionali di terra richiedono la misura delle
tensioni per il calcolo della tensione residua; in questo caso
quindi nel KIT sono utilizzati i sensori combinati di tensione e
corrente (combisensor). il KIT è cosi’ composto:
– unità REF542plus
– 3 combisensor tipo KEVCD 24 AE3 per la misura delle
correnti di fase e delle tensioni di fase.
– 1 sensore omopolare di terra tipo TO11S3 o TO21S3 per la
misura della corrente di terra.
6. Schema dell’impianto di utenza per la
connessione e quadro elettrico di MT
Il quadro elettrico di MT ha la il compito di contenere i
dispositivi precedentemente descritti in modo sicuro in
accordo alla normativa di prodotto CEI EN 62271-200. Il
Quadro deve trovare posto nel locale Utente della cabina
elettrica quindi è uno degli elementi più importanti per il
dimensionamento fisico del locale.
La configurazione del quadro di MT, oltre a contenere l’arrivo
del cavo di collegamento e il DG, dipende dallo schema
elettrico dell’impianto dell’Utente.
6.1 Schema dell’impianto di utenza
Lo schema da adottare per la generalità delle utenze per il
quadro MT immediatamente a valle del cavo di collegamento
è di seguito illustrato nella figura seguente. A seconda delle
necessità protettive, è necessario completare lo schema con
una terna di trasformatori/trasduttori che possono essere del
tipo TV-I o TV-NI.
Il TV tratteggiato in derivazione sulla sbarra, indicato con B, è
un’alternativa alla soluzione consigliata indicata con A.
Come si intuisce dalla figura precedente, il posizionamento
ideale del toroide omopolare TO è a monte del DG; la
soluzione ideale sia per i TA e TV induttivi che per i trasduttori
non induttivi è il loro posizionamento subito a valle del DG.
Distributore
Distributore
TO
DG
SPG
DG
SPG
SPG
TA-NI
Utente
Utente
TV-NI
Utente
DG = Dispositivo Generale
SPG = Sistema di Protezione Generale
PG
TA di fase
A
Sezionatore
opzionale
TO
Cavo di collegamento
DG
TA-I
TV-I
B
Distributore
Al rimanente impianto di utenza
È consentito anche il posizionamento del TV-I a monte
dell’interruttore automatico o dei TA di fase ma in questo caso
dovranno essere protetti, lato MT, con un IMS combinato
con fusibili (In ≤ 6,3 A) a protezione del primario dei TV-I. Da
sottolineare che l’intervento di eventuali fusibili primari e/o
di eventuali protezioni del circuito secondario deve in ogni
caso provocare l’apertura del DG, oppure la commutazione
della funzione della protezione 67N (protezione direzionale
per guasto a terra) in 51N (protezione di massima corrente
omopolare), mantenendo i medesimi valori impostati relativi
alle soglie di intervento di corrente omopolare ripristinando
la protezione 67N nel più breve tempo possibile in modo
da evitare scatti intempestivi in caso di guasto monofase a
terra esterno alla rete dell’Utente. Qualora invece i TV siano
derivati a valle di DG e TA di fase, non vi sono vincoli circa
la protezione primaria dei TV medesimi. I TV-NI, infine, non
necessitano di protezione lato MT.
37
6. Schema dell’impianto di utenza per la
connessione e quadro elettrico di MT
La norma prevede un secondo caso: in un impianto MT con
due soli montanti MT, è possibile omettere il Dispositivo
Generale (DG) qualora le funzioni normalmente attribuite al
DG siano assolte dagli interruttori attestati alla sbarra Utente
(dispositivi generali di linea). Per quanto attiene il cavo di
collegamento, in una simile configurazione si intende che tale
cavo abbia termine ai morsetti di monte del primo sezionatore
come illustrato nella figura seguente:
Sezionatore
opzionale
C
PG
A
TA di fase
TA di fase
PG
B
Sezionatore
opzionale
TO
Segnalazione
con relé
a cartellino
(opzionale)
TA omopolare
Cavo di collegamento
Il TV-I tratteggiato in derivazione sulla sbarra, indicato con C,
è un’alternativa alla soluzione indicata con A e B.
Per questa tipologia di impianto, devono essere rispettate le
seguenti condizioni:
– unico quadro MT (sono escluse le esecuzioni a giorno);
– nessuna apparecchiatura ulteriore, rispetto ai due montanti
MT con interruttore indicati.
Vale anche in questo caso quanto detto a proposito del
primo schema relativamente alla posizione dei TV-I qualora
necessari per il funzionamento della protezione 67N.
In questa seconda tipologia, relativamente alle funzioni
di protezione si deve considerare che le protezioni I>,
I>> dell’impianto Utente sono realizzate con i relè che
equipaggiano ciascun dispositivo di montante, ma imponendo
che la somma delle soglie di ciascun relè rispetti i vincoli
38
TA omopolare
Al rimanente impianto di utenza
imposti dal Distributore oppure sommando i segnali secondari
dei TA di fase dei due montanti.
Il sezionatore generale (se installato) deve essere
interbloccato con la posizione di “aperto” di entrambi gli
interruttori automatici a valle, oppure essere un interruttore di
manovra-sezionatore.
La protezione contro i cortocircuiti (I>>>), invece è
normalmente impostata sulla corrente di guasto per
cortocircuito di ciascun montante.
Attenzione! Qualora si impieghi questa soluzione con i
due trasformatori in parallelo sul lato BT, al fine di evitare
di avere tensione sul lato MT di un trasformatore a causa
del collegamento in parallelo sulla BT, saranno necessari
opportuni interblocchi tra gli interruttori MT e BT di ciascun
trasformatore.
39
6. Schema dell’impianto di utenza per la
connessione e quadro elettrico di MT
6.2 Soluzioni di quadro di MT
Vediamo ora una soluzione concreta; nel primo caso
esaminato nel paragrafo precedente ovvero con arrivo dal
Distributore e un solo trasformatore in cabina, vediamo la
soluzione ABB (figura a) con quadro UniSec composto da:
– N° 1 unità HBC con apparecchio multifunzione HySec +
N° 1 unità RLC ingresso cavi a sinistra
– Presenza tensione lato sbarre e lato cavi
– Apparecchio multifunzione HySec p230 composto da:
–Interruttore in vuoto con o senza motorizzazione
–Sezionatore in SF 6
40
– Relè di protezione REF 601 senza comunicazione (51, I>;
51, I>>; 50, I>>>; 51N, Io>; 50N, Io>>, 68) con 3 sensori di
corrente e toroide per guasto a terra, conformi alla Norma
CEI 0-16
– Predisposizione per la messa a terra mediante fioretto lato
sbarre.
1700
2000
190
500
27
27
Figura a
Per quanto riguarda invece il secondo caso indicato dalla
norma, nell’esempio riportato di seguito consideriamo un
quadro UniSec (figura b) composto da:
N° 1 Arrivo linea con Unità SBR (Unità arrivo CEI 0-16)
– Presenza tensione lato sbarre e lato cavi
– Interruttore VD4/R-Sec p230 con o senza motorizzazione
– Unità di protezione e controllo REF542plus (51, I>; 51,
I>>; 50, I>>>; 51N, Io>; 50N, Io>>; 67NI; 67NC) con Data
Logger e 3 sensori corrente/tensione ABB tipo KEVCD
montati all’interno del compartimento sbarre e toroide per
guasto a terra conformi alla Norma CEI 0-16
– Sezionatore GSec
– Sezionatore di terra lato Distributore con chiave di
responsabilità del Distributore, in accordo alla Norma CEI
0-16
750
500
500
27
Figura b
N° 2 Protezione trasformatore con Unità HBC
– Presenza tensione lato cavi.
– Apparecchio multifunzione HySec p230 composto da:
- Interruttore in vuoto con o senza motorizzazione
- Sezionatore in SF 6
– Relè di protezione REF 601 senza comunicazione (51, I>;
51, I>>; 50, I>>>; 51N, Io>; 50N, Io>>,68) con 3 sensori di
corrente e toroide per guasto a terra, conformi alla Norma.
41
7. Trasformatori di potenza
7.1 Caratteristiche principali
Il trasformatore è la parte più importante della cabina di
trasformazione. La sua scelta condiziona la progettazione
della cabina ed è effettuata sulla base di diversi fattori,
principalmente:
– Caratteristiche dell’impianto dell’Utente
– Livello di continuità di servizio richiesta
– Ubicazione della cabina elettrica
Alcune caratteristiche importanti devono quindi essere
considerate e definite in accordo alla normativa di prodotto
CEI EN 60076:
– Tipo di trasformatore, ad esempio con n avvolgimenti
separati o autotrasformatore, ecc.
– Monofase o trifase
–Frequenza
– A secco o in liquido isolante e in questo caso che tipo di
liquido (olio, liquido sintetico o naturale, ecc.)
42
– Per interno o esterno
– Tipo di raffreddamento
– Potenza nominale per ciascun avvolgimento
– Tensione nominale per ciascun avvolgimento (e quindi
rapporto di trasformazione)
– Presenza di commutatore a vuoto o a carico
– Collegamenti e metodo di messa a terra del sistema per
ogni avvolgimento
Altri dati saranno da definire o chiarire con il costruttore:
– tensione di corto circuito percentuale Ucc%
– corrente a vuoto percentuale Io%
– perdite nel rame alla corrente nominale Pcu e perdite nel
ferro alla tensione nominale Pfe
– corrente a vuoto
– gruppo CEI di collegamento, indicato convenzionalmente
con un numero che, moltiplicato per 30, dà il valore
dell’angolo di ritardo della tensione di fase lato BT rispetto
a quella del lato MT.
In funzione del tipo di raffreddamento i trasformatori sono
identificati come segue:
AN raffreddamento a circolazione naturale d’aria;
AF raffreddamento a circolazione forzata d’aria;
ONAN raffreddamento a circolazione naturale di olio e di aria;
ONAF raffreddamento a circolazione naturale di olio e forzata
di aria;
OFAF raffreddamento a circolazione forzata di olio e di aria.
La scelta più frequente cade sui tipi AN e ONAN perché, non
essendo le cabine mai presidiate, è sconsigliabile utilizzare
macchine che impieghino ventilatori o circolatori di olio.
D’altro canto, il Distributore, all’atto della richiesta di
connessione, deve comunicare il limite alla potenza massima
del singolo trasformatore o di più trasformatori in parallelo
sulla stessa sbarra BT riferita alle tensioni di cortocircuito
tipiche riportate nella Norma CEI EN 60076-5 (Ucc = 6% per
trasformatori con potenza nominale maggiore di 630 kVA),
che l’Utente può installare nel proprio impianto al fine di
evitare l’intervento della protezione di massima corrente
installata sulla linea MT che lo alimenta in caso di cortocircuito
sulle sbarre BT del trasformatore.
Tale limite alla potenza massima (comunicato dal Distributore)
normalmente è di 2000 kVA (reti a 20 kV) e di 1600 kVA (reti a
15 kV).
È normalmente previsto che il cliente debba utilizzare
trasformatori MT/BT con:
– primario a triangolo, (∆) poiché con tale collegamento
le terze armoniche delle correnti magnetizzanti (distorte
per la non linearità del circuito magnetico) ed eventuali
correnti di carico omopolari sono libere di circolare nei
lati nel triangolo non riversandosi in rete; i flussi magnetici
risultano ancora sinusoidali e di conseguenza anche le
f.e.m. indotte al secondario. Inoltre, qualora si abbiano
carichi squilibrati al secondario, la corrente di reazione
richiamata al primario circola unicamente nell’avvolgimento
corrispondente senza interessare gli altri due; se ciò
avvenisse, come nel collegamento a stella, le correnti in tali
avvolgimenti sarebbero magnetizzanti e provocherebbero
una dissimmetria nelle tensioni di fase. Solo quando sono
previste applicazioni particolari (saldatrici, azionamenti,
ecc.) il collegamento può non essere a triangolo,
concordando la scelta con l’ente Distributore.
– secondario stella a terra, (
) per rendere facilmente
disponibili le tensioni concatenate e di fase, ma soprattutto
per ragioni di sicurezza, in quanto nell’eventualità di guasto
tra lato media e bassa, la tensione al secondario resta
prossima al valore di fase garantendo pertanto una maggior
sicurezza per le persone e preservando l’isolamento.
Il trasformatore è connesso al punto di prelievo del locale
consegna attraverso il quadro elettrico di MT e il cavo di
collegamento in rame che deve avere una sezione minima di
95mm2 indipendentemente dalla potenza fornita. Tale cavo
risulta essere di proprietà dell’Utente e deve essere il più
corto possibile (massimo 20 m comprese le terminazioni).
Qualora i locali di consegna e di Utente non siano adiacenti o
addirittura in strutture separate, è ammesso derogare da tale
prescrizione purché si impieghi un cavo in tratta unica con
protezione meccanica addizionale (vedi Norma CEI 11-17) ma
previo consenso del Distributore.
In generale, la scelta sul numero di trasformatori da installare
dipende da considerazioni di tipo impiantistico circa
l’affidabilità e la flessibilità necessari nell’utilizzo dell’energia
elettrica. Si può affermare che per la richiesta di piccole
potenze (indicativamente fino a 630kVA - 800kVA) si può
installare un solo trasformatore, mentre per potenze superiori
(indicativamente fino a 1000kVA - 2000kVA) sia conveniente
suddividere la potenza su più unità in parallelo.
Dal punto di vista impiantistico la cabina più semplice è con
un solo trasformatore MT/BT; tale soluzione è semplice,
economica, ma non flessibile in quanto il fuori servizio o la
manutenzione su un componente comporta l’interruzione
dell’alimentazione a tutto l’impianto.
IMT
Linea MT
IBT
L1
L2
43
7. Trasformatori di potenza
Qualora la continuità di servizio richiesta lo giustifichi,
una soluzione più costosa ma più flessibile consiste nel
predisporre un secondo trasformatore di riserva al primo. In
questo caso i due interruttori di BT sono interbloccati per
evitare il funzionamento in parallelo. Ovviamente, oltre al
dispositivo di manovra e sezionamento sull’arrivo linea MT
è conveniente prevedere un’apparecchiatura di manovra,
sezionamento e protezione anche sui singoli montanti MT dei
due trasformatori (IMT1 e IMT2).
In questo modo con l’apertura del dispositivo di monte e di
valle di un trasformatore è possibile garantire il sezionamento
e accedere alla macchina senza mettere fuori servizio tutta la
cabina.
IGMT
IMT1
IMT2
I
IBT1
L2
L1
Un’ulteriore possibilità, sempre nel caso in cui non si superi
la potenza complessiva di di 2000 kVA a 20 kV e di 1600 kVA
a 15 kV, è quella di gestire i due trasformatori in parallelo. Il
funzionamento in parallelo dei trasformatori genera maggiori
problematiche nella gestione della rete. Infatti, il fuori servizio
di una macchina potrebbe richiedere una certa flessibilità
nella gestione carichi, assicurando l’alimentazione di quelli
considerati prioritari tramite opportuni automatismi. Questa
soluzione è semplice, abbastanza economica e flessibile.
IBT2
L3
IGMT
IMT1
IMT2
IBT1
IBT2
L2
L1
Infine, l’ultima configurazione proponibile è anche quella
che offre la maggior flessibilità. L’utilizzo prevalente è negli
impianti dove è richiesta un’elevata continuità di servizio.
La manutenzione dei montanti trasformatori e di porzioni
dell’impianto è possibile continuando ad esercire la porzione
rimanente. Dal punto di vista del costo, oltre al secondo
trasformatore è necessario inserire un congiuntore nel quadro
di BT per la gestione del parallelo. Nel caso si esercisca
l’impianto a congiuntore chiuso è necessario rispettare i limiti
imposti dal Distributore; viceversa è necessario introdurre
un opportuno interblocco che impedisca al congiuntore
di essere chiuso quando entrambi gli interruttori di arrivo
dal trasformatore sono chiusi al fine di evitare il parallelo
stesso. Questa modalità di gestione, a parità di potenza dei
trasformatori installati, permette di avere un valore inferiore
della corrente di cortocircuito sulla sbarra. In altre parole, ogni
trasformatore stabilisce il livello di cortocircuito per la sbarra
di propria competenza senza dover considerare il contributo
44
L3
IGMT
IMT1
I
IBT1
L1
L2
IMT2
L3
CBT
IBT2
L4
L5
L6
di altre macchine. Anche in questo caso con un trasformatore
fuori servizio, con l’eventuale chiusura del congiuntore si
passa ad un sistema con sbarra unica alimentata dal solo
trasformatore sano, e deve essere prevista una logica di
gestione carichi con il distacco di quelli non prioritari.
Nel caso di più trasformatori in parallelo, bisogna considerare
i limiti imposti dalla Norma CEI 0-16 e trattati nella Guida CEI
99-4 sull’energizzazione contemporanea dei trasformatori
installati.
Per ottemperare a tale requisito, l’Utente non può installare
trasformatori per una potenza complessiva superiore a
tre volte i limiti di potenza già indicati per ciascun livello
di tensione, anche se con sbarre BT separate. Qualora la
potenza installata sia superiore il limite indicato, si devono
prevedere nel proprio impianto opportuni dispositivi al fine di
evitare la contemporanea energizzazione di quei trasformatori
che determinano il superamento delle limitazioni suddette.
Tali dispositivi devono intervenire in caso di mancanza di
tensione superiore a 5 s e provvedere alla rienergizzazione
dei trasformatori secondo quantità complessive non superiori
ai limiti sopra determinati, con tempi di rientro intervallati di
almeno 1 s.
La Guida CEI 99-4, Allegato F, fornisce delle indicazioni di
massima per una valutazione del valore di picco della corrente
d’inserzione di trasformatori in olio e del tempo di ritardo
minimo necessario per evitare interventi intempestivi della
protezione:
In pratica viene dato nella tabella il rapporto Ki tra la corrente
nominale del trasformatore (ioi) e il valore massimo di picco
della corrente di inserzione (ITn ) in funzione della potenza
del trasformatore stesso e della costante di tempo Ti della
corrente di inserzione. Nel grafico, invece, troviamo la
regolazione del relè di massima corrente MT sul primario del
trasformatore in modo da evitare il suo intervento alla messa
in tensione; la curva separa il campo di possibile intervento
del relè (a sinistra della curva) da quello di sicuro non
intervento (a destra della curva), dove:
tr = regolazione del tempo di ritardo;
I’r = regolazione soglia in corrente (valore primario).
Per capire l’utilizzo della tabella e del grafico riportiamo anche
l’esempio seguente:
Dati del trasformatore: 800 kVA; 15 kV; ITn = 30,8 A
Nella tabella troviamo:
Ki = 10; ioi = 10 * 30,8 = 308 A; Ti = 0,3 s.
Ipotizzando I’r = 50 A otteniamo che I’r/ioi =50 / 308 = 0,16
Infine in corrispondenza a tale valore sulla curva troviamo
tr/Ti = 1,45 ovvero tr = 1,45 *0,3 = 0,44 s, che è il tempo di
ritardo minimo per non avere interventi intempestivi.
T r/ T i
Potenza del
trasformatore
Sr (kVA)
Corrente nominale primaria
I’r (A)
Ki
Costante di
tempo Ti (s)
15 kV
20 kV
50
1,9
1,4
15
0,10
100
3,8
2,9
14
0,15
160
6,2
4,6
12
0,20
250
9,6
7,2
12
0,22
400
15,4
11,5
12
0,25
630
24,2
18,2
11
0,30
800
30,8
23,1
10
0,30
1000
38,5
28,9
10
0,35
1250
48,1
36,1
9
0,35
1600
61,6
46,2
9
0,40
2000
77,0
57,7
8
0,45
Campo in cui non si ha
l’intervento della protezione
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,1
0,2
0,3
0,4 0,5
0,6 I’ r /i oi 45
7. Trasformatori di potenza
7.2 Scelta dei trasformatori
sulla base delle perdite e
dell’efficienza energetica
7.3 Requisiti e classi
di efficienza dei
trasformatori
I requisiti EU MEPS (European Minimum Energy Performance
Standard, ossia i requisiti europei minimi in materia di
efficienza energetica) stabiliscono il livello minimo obbligatorio
di efficienza per tutti i trasformatori immessi sul mercato
europeo. Sono stati introdotti ai sensi della Direttiva 2009/125/
CE del parlamento europeo e del consiglio, anche nota come
Direttiva EcoDesign, che istituisce un quadro di riferimento per
l’elaborazione di specifiche per la progettazione ecocompatibile
dei prodotti connessi all’energia (ERP). Nell’ambito degli ERP,
i trasformatori sono stati identificati come uno dei gruppi di
prodotti prioritari per il loro considerevole potenziale in termini
di risparmio energetico. Le perdite annuali totali prodotte
dall’attuale parco trasformatori ammontano infatti, nei 28 stati
membri dell’Unione Europea, a circa 100 TWh, pari a 40 milioni
di tonnellate (Mt) di emissioni di CO2.
Per l’attuazione della direttiva riguardo ai trasformatori, la
Commissione Europea ha adottato, come quadro giuridico
di riferimento, il regolamento n. 548/2014 che fissa i requisiti
minimi in materia di efficienza applicabili ai trasformatori. Lo
scopo del regolamento e quello di prevenire l’immissione sul
mercato europeo di prodotti non efficienti. Il regolamento e
obbligatorio in tutti i suoi elementi e direttamente applicabile
in ciascuno dei 28 Stati membri dell’UE1. I requisiti EU MEPS
si applicano ai trasformatori di distribuzione, sia di tipo a
secco che immersi in un liquido, nonché ai trasformatori
di potenza aventi una potenza nominale minima di 1 kVA,
utilizzati nelle reti di trasporto e di distribuzione della
corrente elettrica o per applicazioni industriali. A partire dal
1 luglio 2015, i trasformatori non conformi al regolamento
non possono più essere immessi sul mercato europeo. È
responsabilità, soprattutto del costruttore, assicurarsi che i
trasformatori siano conformi al regolamento. La produzione
o l’importazione nel mercato europeo di trasformatori non
conformi è illegale a partire dal 1 luglio 2015. Tuttavia,
specialmente durante il periodo di transizione, può essere
consigliabile fare riferimento al regolamento per quanto
riguarda il livello minimo di efficienza richiesto.
La Commissione Europea ha inoltre previsto che dal 1 luglio
2021 tutti i trasformatori devono essere conformi ai requisiti
di efficienza previsti dal livello “Fase 2” del regolamento che
sono più stringenti. La Commissione ha altresì in programma
di eseguire, al più tardi nel corso dell’anno 2017, una
valutazione “intermedia” del regolamento durante la quale i
livelli dei requisiti previsti per la “Fase 2” saranno riesaminati e
potrebbero essere modificati.
I livelli massimi consentiti di perdite per i trasformatori con
potenza nominale massima non superiore a 3150 kVA sono
basati sulla classificazione delle Norme CEI EN 50464-1:2007
e successiva variante /A1:2012 e CEI EN 50541-1:2011.
Va sottolineato che le suddette Norme EN sono in fase di
unificazione e revisione al fine di supportare il regolamento in
maniera più diretta. Scompariranno completamente le classi
di efficienza inferiori a quelle previste nel regolamento EU
MEPS.
La Norma CEI EN 50464-1 prevede per i trasformatori in olio
di media/bassa tensione 4 classi di perdite dovute al carico e
5 classi di perdite a vuoto.
46
Nelle 2 tabelle seguenti si indicano i valori prescritti per
le perdite dovute al carico Pk e le perdite a vuoto P0 per
trasformatori con tensioni nominali fino a 24 kV.
Perdite dovute al carico (Pk)
Potenza
nominale
Ck
Bk
Ak
Impedenza
di
cortocircuito
KVA
W
W
W
%
50
1100
875
750
100
1750
1475
1250
160
2350
2000
1700
250
3250
2750
2350
315
3900
3250
2800
400
4600
3850
3250
500
5500
4600
3900
630
6500
5400
4600
630
6750
5600
4800
800
8400
7000
6000
1000
10500
9000
7600
1250
13500
11000
9500
1600
17000
14000
12000
2000
21000
18000
15000
2500
26500
22000
18500
4
6
Perdite a vuoto (Po)
Potenza
nominale
Do
Co
Bo
Impedenza
di cortocircuito
Ao
Po
LwA
Po
LwA
Po
LwA
Po
LwA
W
dB(A)
W
dB(A)
W
dB(A)
W
dB(A)
50
145
50
125
47
110
42
90
39
100
260
54
210
49
180
44
145
41
160
375
57
300
52
260
47
210
44
250
530
60
425
55
360
50
300
47
315
630
61
520
57
440
52
360
49
400
750
63
610
58
520
53
430
50
500
880
64
720
59
610
54
510
51
630
1 030
65
860
60
730
55
600
52
630
940
65
800
60
680
55
560
52
800
1150
66
930
61
800
56
650
53
1000
1400
68
1100
63
940
58
770
55
1250
1750
69
1350
64
1150
59
950
56
1600
2200
71
1700
66
1450
61
1200
58
2000
2700
73
2100
68
1800
63
1450
60
2500
3200
76
2500
71
2150
66
1750
63
kVA
%
4
6
Nella Norma CEI EN 50541-1 troviamo invece la tabella
analoga per trasformatori a secco con tensioni nominali 17,5
e 24 kV e impedenza di corto circuito del 6%:
Pk
Pk
Po
Ak
Bk
Ao
W
W
W
dB (A)
W
dB (A)
W
dB (A)
100
1800
2050
280
51
340
51
460
59
160
2600
2900
400
54
480
54
650
62
250
3400
3800
520
57
650
57
880
65
400
4500
5500
750
60
940
60
1200
68
630
7100
7600
1100
62
1250
62
1650
70
800
8000
9400
1300
64
1500
64
2000
72
1000
9000
11000
1550
65
1800
65
2300
73
1250
11000
13000
1800
67
2100
67
2800
75
1600
13000
16000
2200
68
2400
68
3100
76
2000
16000
18000
2600
70
3000
70
4000
78
2500
19000
23000
3100
71
3600
71
5000
81
3150
22000
28000
3800
74
4300
74
6000
83
Um
Sr
kV
kVA
17,5
e
24
LWA
Po
LWA
Bo
Po
LWA
Co
47
7. Trasformatori di potenza
Tornando ai requisiti EU MEPS, le classi indicate per i
trasformatori di distribuzione immersi in liquido con Um<=24 kV
sono le seguenti secondo quanto previsto per le due fasi:
25–1000 kVA
1001–3150 kVA
Fase 1
Fase 2
C k, A 0
B k, A 0
Ak,A0-10%
Ak, A0-10%
Mentre per i trasformatori di tipo a secco sempre con
Um≤24 kV, abbiamo:
25–630 kVA
631–3150 kVA
Fase 1
Fase 2
B k, A 0
A k, A 0
Ak, A0-10%
Ak, A0-10%
A decorrere dal 1 luglio 2015, sulla targa dei dati di
funzionamento dei trasformatori che rientrano nell'ambito di
applicazione del regolamento, dovranno necessariamente
figurare le seguenti informazioni relative al prodotto, in
aggiunta a quelle richieste ai sensi della Norma EN 60076-1:
– valori e nome delle classi di perdita a carico e di perdita a
vuoto per i trasformatori ≤ 3150 kVA
– informazioni sul peso di tutti i componenti principali di un
trasformatore (compresi almeno il conduttore, la sua natura
e il materiale di base)
48
Come si può dedurre dai valori illustrati nelle tabelle delle
perdite, valori che derivano ovviamente dalle diverse
caratteristiche costruttive, i trasformatori in olio hanno perdite
a vuoto inferiori rispetto ai trasformatori a secco e perdite a
carico paragonabili.
Ne consegue che, nella scelta del trasformatore, si deve
tenere conto del tipo di funzionamento per cui esso è
previsto: se l’utilizzo prevalente è con bassi carichi o
addirittura a vuoto, è preferibile un trasformatore in olio; in
caso contrario, si può utilizzare un trasformatore a secco a
perdite ridotte.
7.4 Criterio di scelta dei tra7.5 Esempio di trasformatore
sformatori basato sulla caper cabina di
pitalizzazione delle perdite
trasformazione
Sia la Norma CEI 99-4 che la CEI EN 50464-1 trattano la
scelta dei trasformatori basato sulla capitalizzazione delle
perdite, indice di quanto importante sia questo parametro nel
processo di scelta.
Questo metodo, infatti, permette una valutazione economica
del costo delle macchine basandola sulle perdite e quindi
considerando il reale esercizio; la formula utilizzata è del tipo:
Cc=CT+A P0 +B PK
Dove:
Cc costo capitalizzato;
CT prezzo all’offerta;
A valore monetario per W delle perdite a vuoto;
P0 perdite a vuoto garantite in W;
B valore monetario per W delle perdite a carico;
PK perdite dovute al carico in W.
Nel valutare l’acquisto del trasformatore è bene considerare
non solo il costo iniziale ma quello capitalizzato su un certo
numero di anni di esercizio, per tener conto delle perdite.
Il risultato dell’analisi infatti può dimostrare come più
conveniente l’acquisto di una macchina a perdite ridotte
anche se più costosa piuttosto di una con perdite più alte ma
più economica.
L’ubicazione della cabina può essere determinante nella scelta
del trasformatore; nelle cabine elettriche ubicate all’interno
di edifici pubblici o con elevata presenza di persone quali
centri commerciali, ospedali, strutture sportive, può essere
necessario limitare al minimo il rischio di incendio e quindi
consigliata l’installazione di trasformatori a secco in classe F1
con minima infiammabilità ed emissione di fumi.
Un’ottima soluzione per le cabine elettriche suddette possono
essere i trasformatori a secco ABB hi-T Plus inglobati in
resina. Questi trasformatori sono in classe d’isolamento
H (la più elevata con riferimento alla IEC 60076-11) ma
anziché raggiungere la massima temperature del punto più
caldo ammessa dalla Norma di 180 °C, sono progettati per
raggiungere una temperatura più bassa, al massimo i 155 °C.
Ne conseguono enormi vantaggi in termini di durata
dell‘isolamento e/o possibilità di sovraccarico (secondo la
IEC 60076-12). Infatti, grazie a questi 25 K di differenza
nei trasformatori ABB hi-T Plus la vita media attesa
dell‘isolamento è più di dieci volte superiore a quella di un
trasformatore standard in classe F che funziona alla stessa
temperatura del punto più caldo ed è quasi doppia rispetto
ai trasformatori più grandi e costosi di classe F con una
sovratemperatura limitata a 80 K.
49
7. Trasformatori di potenza
Durata dell’isolante prevista, supponendo che F 100 K = 100%
% di durata
dell’isolante
1200
I trasformatori hi-T Plus abbinano inoltre valori di perdite
estremamente ridotte A0Ak, quindi le perdite più basse
secondo la Norma CEI EN 50464-1 e in pieno accordo al
Regolamento Europeo MEPS, che permettono di ridurre i
costi delle perdite.
1000
800
600
400
200
0
Classe F a 100 K
Classe F a 80 K
hi-T Plus
In alternativa, questi trasformatori si possono sovraccaricare
permanentemente fino al 115% del carico nominale, senza
che ciò incida negativamente in termini di durata. Durante
tale sovraccarico la temperatura massima del punto caldo
raggiungerebbe i 180 °C in accordo alla Norma IEC 60076-12.
Sovraccarico
1,20
1,15
1,10
1,05
1,00
0,95
0,90
Trasformatore di classe F
Trasformatore hi-T Plus
Tali prestazioni di isolamento superiori rendono i trasformatori
ABB hi-T Plus la soluzione ideale per reti con un elevato
livello di distorsione armonica, picchi di carico, sovraccarichi
improvvisi e temperature ambiente elevate.
50
Per renderci conto del beneficio tra un trasformatore hi-T Plus
e un normale trasformatore a secco applichiamo il metodo
di capitalizzazione delle perdite già illustrato e proposto dalla
Norma CEI 99-4.
Ipotizziamo che con un carico di 1100 kVA, grazie alle
capacità di sovraccarico, sia possibile scegliere un
trasformatore hi-T Plus da 1000 kVA invece che un normale
trasformatore da 1250 kVA:
– Trasformatore hi-T Plus a perdite ridotte con P0 = 1550 W
(A0) e Pk = 9000 W (Ak)
– Trasformatore a secco a perdite normali con P0 = 2800 W
(C0) e Pk = 13000 W (Bk)
Si possono fare i seguenti calcoli.
Supponendo che il trasformatore abbia un carico del 60%
della potenza per 16 ore al giorno durante i 230 giorni
lavorativi e il 10% nelle restanti 8 ore, mentre durante i 135
giorni festivi sia il 10% per tutte le 24 ore, con il trasformatore
a perdite ridotte si avranno le seguenti perdite annuali:
P0 = 365x24x1,55 = 13578 kWh;
Pk = 230x16x0,6x0,6x9,0 = 11923 kWh;
Pk = 230x8x0,1x0,1x9,0 = 165 kWh;
Pk = 135x24x0,1x0,1x9,0 = 292 kWh.
In totale si avranno circa 25958 kWh di perdite.
Con il trasformatore a secco a perdite normali invece si
avranno le seguenti perdite annuali:
P0 = 365x24x2,80 = 24528 kWh;
Pk = 230x16x0,6x0,6x13,0 = 17222 kWh;
Pk = 230x8x0,1x0,1x13,0 = 239 kWh;
Pk = 135x24x0,1x0,1x13.0 = 421 kWh.
In totale si avranno circa 42410 kWh di perdite.
Volendo poi valutare il costo delle perdite su un arco di utilizzo
di 10 anni e supponendo che i costi medi dell’energia per
fascia oraria siano:
A = 0,098 €/kWh e B = 0,13 €/kWh,
si ottengono i seguenti valori:
Trasformatore hi-T Plus a perdite ridotte:
A x P0 = 13578 x 0,098 x 10 = 13306 €
B x Pk = 12380 x 0,13x10 = 16094 €
Costo totale delle perdite pari a circa 29400 €.
Trasformatore a secco a perdite normali:
A x P0 = 24528 x 0,098 x 10 = 24037 €
B x Pk = 17882 x 0,13 x 10 = 23247 €
Costo totale delle perdite pari a circa 47285 €.
Il risparmio calcolato è quindi di 17884 € in 10 anni.
Normalmente il trasformatore a basse perdite ha un costo di
acquisto superiore ma con questo risparmio si otterrebbe un
tempo di ritorno dell’investimento molto basso, probabilmente
inferiore ai 2 anni.
7.6 Livello di rumore nei
trasformatori
Nella scelta degli apparecchi e dei componenti occorre tener
conto del rumore trasmesso nell’ambiente interno ed esterno
alla cabina. La Norma CEI 99-4 raccomanda che il livello di
rumore sia compatibile con le caratteristiche dell’ambiente di
installazione e con i regolamenti vigenti.
Nelle cabine di trasformazione la maggiore fonte di rumore
sono i trasformatori stessi. I limiti del livello di potenza sonora
(dB) emessa sono fissati dalle Norme CEI EN 50464-1:2007
e CEI EN 50541-1:2011. Nelle stesse tabelle utilizzate per le
perdite a carico e a vuoto troviamo anche i livelli di potenza
sonora LWA espressi in dB.
7.7 Perdite nella cabina
Per determinare la portata d’aria necessaria e la sezione delle
aperture per la ventilazione, si deve conoscere la quantità di
calore complessivo prodotto dalle perdite nella cabina.
Fin quando il calore prodotto non è pari a quello smaltito
all’esterno tramite il sistema di ventilazione (regime termico) la
temperatura interna aumenta. Il componente che produce le
maggiori perdite è il trasformatore; possiamo quindi utilizzare
alcuni metodi semplificati aggiungendo alle perdite del
trasformatore una stima delle perdite degli altri componenti.
La Norma CEI 99-4 ne suggerisce tre:
– considerare come perdite aggiuntive un valore circa il
10%÷15% delle perdite totali del trasformatore
– considerare per le perdite aggiuntive dei valori riferiti al m2
di superficie della cabina (valori tipici attorno a 100 W/m2 ÷
200 W/m2)
– considerare le perdite dei componenti fornite dai costruttori
e stimare un valore delle perdite dei cavi.
51
8. Apparecchi e Sistemi BT
8.1Collegamento
trasformatore quadro BT
Normalmente nella cabina, la connessione tra il trasformatore
MT/BT e il quadro BT viene effettuata in condotto sbarre.
Il condotto sbarre rappresenta una valida alternativa al
collegamento in cavo in quanto è molto compatto alle
alte correnti rispetto alla soluzione in cavo e si collega
naturalmente sia ai terminali di BT del trasformatore (vedi
figura) da un alto, sia alle sbarre del quadro di BT all’altra
estremità. Inoltre i condotti sbarre hanno il vantaggio di avere
caratteristiche elettriche e meccaniche già definite e testate
in fabbrica dal costruttore e di ridurre il rischio di incendio
rispetto all’utilizzo dei cavi.
Non da ultimo, i condotti sbarre risultano più economici dei
cavi per correnti elevate.
8.2 Il quadro di BT
I quadri di distribuzione in bassa tensione, installati a valle
dei trasformatori di potenza MT/BT, sono equipaggiati con
l’interruttore generale di arrivo (aperto o scatolato) e con un
certo numero di interruttori per le partenze con caratteristiche
elettriche (tensione nominale, corrente nominale, potere di
interruzione), in numero e configurazione che dipendono
dall’impianto elettrico da alimentare.
Non entreremo quindi nel dettaglio di questo componente
fondamentale della cabina.
La norma di riferimento per i quadri elettrici di BT è la CEI
EN 61439-1, che è la norma base, seguita da tutte le sotto
norme della famiglia 61439 (6 totali):
1) La CEI 61439-1: “Apparecchiature assiemate di protezione
e di manovra per bassa tensione (quadri BT) Parte 1:
“Regole Generali”
2) La CEI EN 61439-2: “Quadri di potenza”
3) La CEI EN 61439-3: “Quadri di distribuzione”
4) La CEI EN 61439-4: “Quadri per cantiere”
5) La CEI EN 61439-5: “Quadri per distribuzione di potenza”
6) La CEI EN 61439-6: “Sistemi di condotti sbarre”
La norma base stabilisce i requisiti relativi alla costruzione,
sicurezza e manutenibilità dei quadri elettrici, identificando le
caratteristiche nominali, le condizioni ambientali di servizio,
i requisiti meccanici ed elettrici e le prescrizioni relative alle
prestazioni
Inoltre, sia per le protezioni contro i contatti diretti che per i
contatti indiretti valgono le prescrizioni della Norma CEI 64-8.
La blindosbarra può essere
agevolmente collegata al
sistema sbarre degli interrruttori
nel quadro.
52
61439-1
61439-4
61439-2
Di potenza CPS
61439-5
Per distribuzione
di potenza
Quadri cantiere
61439-3
Distribuzione finale
Nella figura seguente abbiamo degli esempi di Power Center
realizzati con quadri ABB tipo ArTù K e interruttori ABB
(interruttori modulari System Pro M, scatolati Tmax serie T e
serie XT ed aperti Emax) con un livello di integrazione ottimale
61439-6
Sistemi di sbarre
e certificato. Elementi fondamentali da considerare per la
progettazione della cabina sono le dimensioni del quadro per
il dimensionamento del locale Utente e la dissipazione ai fini
del calcolo della ventilazione naturale o forzata.
53
9. Le cabine prefabbricate
La norma di riferimento per questi prodotti è la Norma CEI
EN 62271-202. Le cabine prefabbricate contengono tutte le
apparecchiature elettriche necessarie per il funzionamento
della cabina: il trasformatore, i quadri di MT e di BT, le
connessioni e tutti gli ausiliari. Dato che queste cabine sono
spesso collocate in ambienti accessibili al pubblico, la norma
prescrive test specifici per assicurare la protezione delle
persone contro l’arco interno. In particolare per l’arco interno
sono previste tre classi in funzione dell’accessibilità: classe
IAC-A per cabine che garantiscano la protezione al personale
operativo all’interno o all’esterno della cabina stessa;
classe IAC-B per cabine che garantiscano la protezione al
pubblico su tutti i lati; infine il classe IAC-AB per cabine che
garantiscono la protezione ad entrambi, operatori e pubblico.
Nelle versioni accessibili all’interno, in combinazione con
i quadri per la distribuzione secondaria UniSec, le cabine
prefabbricate ABB CSS (Compact Secondary Substations)
sono in grado di garantire la classe IAC-AB fino a 20 kA
per 1 s quindi, oltre alla sicurezza interna per gli operatori
autorizzati, anche la sicurezza esterna per operatori e
pubblico, in accordo sia alla CEI EN 62271-202 che alla
Norma CEI EN 62271-200 per quanto riguarda il quadro.
54
Relativamente alle condizioni operative, la norma chiede di
definire la classe della struttura in corrispondenza alla potenza
massima nominale della cabina prefabbricata. Si verifica,
infatti, un aumento di temperatura del trasformatore, maggiore
rispetto alla sovratemperatura in aria libera, che dipende dalle
caratteristiche della struttura oltre che dalle condizioni di
servizio. La classe definisce quindi in K la sovratemperatura
Δt che si verifica sul trasformatore durante il funzionamento in
cabina:
Class 5: Δt ≤ 5 K, Class 10: Δt ≤ 10 K, Class 15: Δt ≤ 15 K,
Class 20: Δt ≤ 20 K, Class 25: Δt ≤ 25 K, Class 30: Δt ≤ 30 K.
Prendiamo, ad esempio, il trasformatore hi-T Plus in
classe di isolamento H quindi con temperature massima
raggiungibile di 180 °C. La Norma CEI EN 62271-202 fornisce
il seguente grafico per determinare il coefficiente di carico del
trasformatore in funzione della classe nominale della cabina e
della temperatura media ambiente in un determinato periodo
di tempo. Ipotizziamo le seguenti condizioni ambientali:
Temperatura ambiente media durante l’anno di 10 °C, in
particolare la temperatura ambiente media durante l’inverno
sia di 0 °C e la temperatura ambiente media durante l’estate
sia di 20 °C.
Consideriamo un trasformatore da 630 kVA con carico medio
durante l’anno di 600 kVA.
Utilizzando la figura DD.7 della Norma, in corrispondenza alla
temperatura di 10 °C e ad un coefficiente di carico di 0,95,
troviamo che dovremo richiedere al costruttore la classe 25.
Considerando invece la situazione peggiore, ovvero in estate
a 20 °C di temperatura media e con lo stesso coefficiente di
carico, sarà necessario richiedere la classe 15.
L’armatura metallica di cui è dotata la cabina realizza una
maglia equipotenziale di terra omogenea su tutta la struttura,
che successivamente collegata all’impianto di terra protegge
le apparecchiature interne da sovratensioni atmosferiche e
limita a valori trascurabili gli effetti delle tensioni di passo e
contatto. L’intera struttura viene interamente assemblata e
collaudata con le apparecchiature elettriche in fabbrica ed
è pronta per essere collocata in cantiere per la successiva
messa in servizio. Le attività di installazione sono quindi
limitate ai collegamenti in cavo tra le diverse cabine ed i
quadri di distribuzione. Il trasporto della cabina non richiede
l’impiego di mezzi per trasporti eccezionali e qualora si renda
necessario spostare la cabina in un altro luogo l’operazione è
semplice e richiede tempi brevi. Le cabine sono corredate di
un basamento con le stesse caratteristiche dell’involucro la
cui pianta ha le stesse dimensioni della cabina.
Le cabine sono disponibili in tre materiali diversi: acciaio,
cemento e GRP (Glass-fiber Reinforced Polyester),
quest’ultimo con interessanti caratteristiche di leggerezza,
robustezza e capacità termica e trasparenza alle onde
elettromagnetiche, utile in caso di impiego di sistemi di
comunicazione per la gestione delle reti (es. smart grid) .
I vantaggi principali offerti dalle cabine prefabbricate sono
quindi:
– facile trasportabilità
– immediata installazione in sito previa posa del basamento
– prodotto costruito in piena conformità alla CEI EN 62271-202
– prodotto collaudato in fabbrica con tutte le varie
componenti e quindi immediatamente utilizzabile.
Temperatura ambiente
Figura DD.7 - Classe di isolamento 180 °C (H) per coefficiente di carico per trasformatori a secco in cabina.
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
1,21,1 10,9 0,8
No enclosure
Class 5
Class 10
Class 15
Class 20
Class 25
Class 30
55
10.Altri requisiti dell’impianto elettrico
della cabina
È importante non trascurare nel progetto dell’impianto
elettrico della cabina, alcuni requisiti citati nella Norma CEI
EN 61936-1 relativamente a sovratensioni, armoniche e
campi elettrici e magnetici, molto importanti per l’impatto che
possono avere sulla salute delle persone e sulla durata delle
apparecchiature elettriche.
10.1Sovratensioni
Per quanto riguarda le sovratensioni, la norma chiede che le
apparecchiature siano protette dalle sovratensioni prodotte da
manovre di apertura o chiusura e da scariche atmosferiche.
La norma prescrive anche di effettuare analisi per verificare la
presenza di tali sovratensioni durante l’esercizio in modo da
non superare il valori di tenuta delle apparecchiature. Ove tali
limiti fossero superati il progettista deve prevedere opportune
protezioni.
Da sottolineare che la scelta di tali dispositivi di protezione
dipende dal sistema di messa a terra del neutro e dal
dimensionamento dell’impianto di terra.
La CEI 0-16 si limita a indicare che eventuali sovratensioni
impulsive possono danneggiare i componenti elettronici
sia di controllo che di potenza nonché i motori, i cavi e il
macchinario elettrico in genere, danneggiando i circuiti e
perforando gli isolamenti.
I modelli della rete sono spesso molto complicati e
necessitano di tecnici esperti in simulazioni ma ottengono il
risultato di evidenziare i fenomeni transitori più pericolosi per
l’impianto.
ABB, grazie all’esperienza maturata come costruttore di
apparecchiature elettriche, è in grado di supportare chi si
trovi a progettare impianti complessi con studi appropriati
finalizzati a:
– Calcolo delle sovracorrenti transitorie dovute all’inserzione
di banchi di condensatori.
– Calcolo delle sovracorrenti transitorie dovute all’inserzione
di banchi di filtraggio
– Calcolo dei transitori di inserzione di trasformatori di
Potenza
– Calcoli di Ferrorisonanza
– Calcolo e analisi della Transient Recovery Voltage
– Calcolo delle sovratensioni di manovra e loro soppressione
– Calcolo correnti di avviamento di motori critici
– Analisi delle rete al fine di analizzare in generale le
condizioni anomale che si possono verificare nell’impianto,
individuando i punti critici da controllare
56
10.2Armoniche e campi
elettrici e magnetici
Armoniche
I disturbi massimi, tra cui le armoniche, che possono essere
immessi nella rete sono indicati dal Distributore tenendo
conto dei margini disponibili nella zona di rete interessata.
Gli stessi apparecchi utilizzatori possono essere sensibili alle
armoniche; la Norma CEI 0-16 ne fornisce un elenco con le
relative possibili conseguenze.
Armoniche
Condensatori
Sovrariscaldamento e
danneggiamento condensatori
Relè di protezione
Interventi intempestivi relè di
protezione
Collegamenti a basso
livello di potenza
Malfunzionamento sistemi di
controllo e trasmissione dati
Motori e macchine rotanti
Incremento delle perdite
di motori, trasformatori
e cavi e conseguente
sovrariscaldamento
Trasformatori
Cavi elettrici
Negli impianti industriali alcuni apparecchi contribuiscono
alla generazione di armoniche e vanno, quindi, verificati; essi
sono:
– Forni industriali (a induzione, HF, UHF, arco)
– Motori (asincroni, a velocità variabile)
– Convertitori (AC/DC, AC/AC e ciclo-convertitori)
– Apparecchiatura per elettroerosione
– Lampade a scarica
–Televisori
– Apparecchiatura per radiologia
Un cenno va fatto per i condensatori di rifasamento (bassa
e media tensione); si devono installare in modo tale da non
presentare pericolo di innesco o propagazione di incendio
per i materiali adiacenti, e in modo tale da non amplificare
le correnti armoniche presenti nell’impianto e quindi senza
peggiorare il livello di inquinamento elettromagnetico in bassa
frequenza (vedere IEC/TR 61000-3-6).
Campi elettromagnetici
La Norma CEI 99-4 nell’Allegato I tratta il problema dei
possibili interventi di riduzione del campo elettromagnetico
(CEM) associabile a cabine MT/BT.
Dal punto di vista legislativo, per l’esposizione ai campi
elettrici, magnetici ed elettromagnetici a frequenza industriale,
il riferimento è la Legge 22 febbraio 2001, n. 36 “Legge
quadro sulla protezione dalle esposizioni a campi elettrici,
magnetici ed elettromagnetici” ed il Decreto del Presidente
del Consiglio dei Ministri 8 luglio 2003 “Fissazione dei limiti di
esposizione, dei valori di attenzione e degli obiettivi di qualità
per la protezione della popolazione dalle esposizioni ai campi
elettrici e magnetici alla frequenza di rete (50 Hz) generati
dagli elettrodotti.”
Inoltre, circa il posizionamento della cabina presso l’utenza
in considerazione degli ambienti circostanti, si devono
considerare i requisiti del DM 29 maggio 2008 “Approvazione
della metodologia di calcolo per la determinazione delle fasce
di rispetto per gli elettrodotti”, in relazione alla distanza di
prima approssimazione (DPA) relativamente all’esposizione
ai campi elettromagnetici e del DM 29 maggio 2008, a
“Approvazione delle procedure di misura e valutazione
dell'induzione magnetica”.
Infine, per quanto riguarda i metodi di mitigazione dei campi
magnetici generati dalle cabine MT/BT, la Norma CEI 99-4
rimanda a quanto riportato nella Guida CEI 106 – 12 “Guida
pratica ai metodi e criteri di riduzione dei campi magnetici
prodotti dalle cabine MT/BT”.
Sulla base di quanto previsto dal suddetto quadro normativo
di riferimento, nella progettazione di nuove cabine che si
trovino in prossimità di aree di gioco per l’infanzia, ambienti
abitativi, ambienti scolastici e luoghi adibiti a permanenze
non inferiori a quattro ore giornaliere, si deve tener conto
per l’induzione magnetica dell’obiettivo di qualità definito nel
DPCM dell’8 luglio 2003 di 3 µT.
All’interno delle fasce di rispetto delle cabine, definita come
lo spazio circostante che comprende tutti i punti caratterizzati
da un’induzione magnetica di intensità maggiore o uguale
all’obiettivo di qualità, non deve essere prevista alcuna
destinazione d’uso che comporti una permanenza maggiore
di 4 ore giornaliere.
Da segnalare che il proprietario o gestore, contestualmente
ai dati di progetto deve fornire all’autorità competente per
il procedimento autorizzativo anche le distanze di prima
approssimazione, definite come la distanza da tutte le facce
del parallelepipedo della cabina stessa che garantisce che
ogni punto, la cui proiezione al suolo disti dalla proiezione del
centro più di DPA, si trovi all’esterno delle fasce di rispetto.
Per le DPA delle cabine di trasformazione (MT/BT) si può far
riferimento al DM 29/05/2008, paragrafo 5.2.1.
57
10.Altri requisiti dell’impianto elettrico
della cabina
Per determinare la DPA il proprietario/gestore della cabina
deve:
1. Usare la curva riportata nel grafico seguente per calcolare
il valore di DPA/radice della corrente per la tipologia di cavi
in uscita dal trasformatore MT/BT
2. Moltiplicare tale valore per la radice della corrente e
arrotondare al mezzo metro superiore
Equazione della curva:
Dpa
I
= 0,40942 * x 0,5241
Dpa = Distanza di prima approsimazione (m);
I
= corrente nominale (A);
x = diametro dei cavi diametro dei cavi (m)
Nella tabella successiva si riportano a titolo di esempio le DPA
per fasce a 3 µT calcolate in alcuni casi reali.
Diametro
dei cavi (m)
0,010
0,012
0,014
0,018
0,09
0,08
0,022
Dpa/rad (I)
0,07
0,06
0,05
0,027
0,04
0,03
0,02
0,035
0,01
0
0 0,010,020,030,040,050,06
diametro dei cavi (mm)
58
Tipologia
trasformatore (kVA)
Corrente
(A)
Dpa
(m)
250
361
1
400
578
1
630
909
1,5
250
361
1
400
578
1,5
630
909
1,5
250
361
1
400
578
1,5
630
909
1,5
250
361
1,5
400
578
1,5
630
909
2
250
361
1,5
400
578
1,5
630
909
2
250
361
1,5
400
578
2
630
909
2,5
250
361
1,5
400
578
2
630
909
2,5
Come valore indicativo, quindi, per le cabine secondarie
standard la DPA varia tra 1,0 m e 2,5 m.
11.Richiesta di connessione
Prima del perfezionamento della connessione, l’Utente
deve fornire per la cabina (sia quelle inserite in edifici che
quelle costituenti un fabbricato a sé stante) la dichiarazione
attestante che le prestazioni delle strutture siano rispondenti a
quanto prescritto ed accompagnate da:
– copia originale certificato di agibilità ed accatastamento
– copia originale di tutte le autorizzazioni e permessi vari
– certificato di collaudo delle opere in cemento armato (legge
1086)
– certificati di conformità degli impianti tecnologici dell’edificio
– elaborati grafici definitivi “as built” sia edili che
elettromeccanici
– elaborati grafici definitivi per le linee AT ed MT aeree ed in
cavo
– copia atti notarili e servitù
– libretti di uso e manutenzione comprensivi dei disegni
costruttivi delle apparecchiature
– fascicolo dell’opera
– schede di verifica e di collaudo controfirmate dal tecnico
esecutore e dal produttore attestanti la rispondenza dei
locali alla Norma CEI 99-2 (in caso di cabina costruita in
loco o in edifici civili) o la rispondenza dei locali e degli
impianti degli stessi alla Norma CEI 17-103 (in caso di
cabina bassa in box prefabbricato)
– tabelle di taratura delle protezioni
– tabelle di tesatura
– relazione impianto di terra
Infine, relativamente all’ambiente circostante, il
posizionamento dei locali deve rispondere ai requisiti del
DM 29 maggio 2008 “Approvazione della metodologia
di calcolo per la determinazione delle fasce di rispetto
per gli elettrodotti”, in relazione alla distanza di prima
approssimazione (DPA) relativamente all’esposizione ai campi
elettromagnetici.
Completato favorevolmente il controllo di tutta la
documentazione sopra elencata, l’ente Distributore
provvederà a redigere il “Verbale di collaudo ed accettazione
definitiva delle opere di rete per la connessione”.
59
12.Ispezioni e prove in sito prima della
messa in servizio
Prima della messa in servizio si devono eseguire ispezioni
e prove per verificare la conformità dell’installazione dei
componenti elettrici alle specifiche tecniche applicabili che
devono essere oggetto di accordo tra fornitore ed utilizzatore.
La Norma CEI 99-4 riporta a sua volta le disposizioni della
Norma CEI EN 61936-1.
La verifica si può eseguire con le seguenti modalità:
– ispezione a vista
– prove funzionali
–misure.
In realtà, le ispezioni e prove su parti degli impianti elettrici
possono essere effettuate dopo la consegna e anche dopo il
completamento dell’impianto.
60
Tipicamente vengono eseguiti i seguenti controlli:
– verifica delle caratteristiche dei componenti elettrici per le
condizioni di funzionamento previste
– verifica delle distanze minime di isolamento tra parti attive e
tra parti attive e terra
– prova di tensioni per cavi
– verifica delle altezze minime e delle distanze tra le barriere
– ispezioni a vista e/o prove funzionali di componenti elettrici
e di parti dell’impianto
– prove funzionali e/o misure su dispositivi di protezione, di
monitoraggio, di misura e di comando
– ispezioni delle targhe, delle segnalazioni di sicurezza e dei
dispositivi di sicurezza
– verifica impianto di terra come previsto dalla Norma CEI EN
61936-1.
13.Manutenzione della cabina elettrica
Nel D.LGS. 81/08 “Impianti e apparecchiature elettriche”,
articolo 80 “Obblighi del datore di lavoro” si stabilisce che il
datore di lavoro deve, tra l’altro, predisporre le procedure di
uso e manutenzione atte a garantire nel tempo la permanenza
del livello di sicurezza raggiunto con l'adozione delle misure
prese. Una cattiva manutenzione, infatti, genera con il
tempo quelle condizioni di rischio che le norme tecniche
e i costruttori cercano di limitare introducendo regole e
innovazioni in fase di progettazione e costruzione.
Esiste una norma specifica, la Norma CEI 78-17 2015:
Manutenzione delle cabine elettriche MT/MT e MT/BT dei
clienti/utenti finali (revisione della precedente edizione CEI
0-15 2006) il cui scopo è quello di proporre un metodo
manutentivo basato sull’individuazione di tutti i componenti
della cabina da manutenere.
Inoltre, con la Deliberazione 29 dicembre 2011, ARG/elt
198/11, al punto 39.2 Allegato A -, l’AEEG (Autorità per
l’Energia Elettrica il Gas e il sistema idrico) richiede agli Utenti
MT, con potenza disponibile in prelievo inferiore o uguale a
400 kW, che godono dei requisiti semplificati, di effettuare la
manutenzione ai sensi della Norma CEI 0-15 (ora CEI 78-17)
refertando su apposito registro, come condizione per avere
accesso all’indennizzo nel caso non risulti rispettato il livello
specifico di continuità del servizio specificato da parte del
Distributore.
Nella norma sono fornite le disposizioni tecniche per eseguire
in sicurezza i lavori di manutenzione necessari per il corretto
esercizio delle cabine elettriche e dei relativi impianti connessi
con riferimento anche alla Norma CEI 0-16.
Si fa riferimento quindi a:
– tutti i componenti elettrici di MT e BT della cabina di
ricezione e delle eventuali cabine MT/MT di distribuzione
dell’utente finale (es: interruttori, sezionatori, quadri elettrici,
trasformatori, convertitori, batterie, condensatori, impianti di
terra, ecc.)
– tutti i componenti alimentati dalla rete MT del cliente finale
(es: interruttori, quadri elettrici, motori, ecc.)
– tutti i cavi MT
– tutti i sistemi di sicurezza deputati alla salvaguardia delle
persone che operano sugli impianti e/o in loro prossimità
(in accordo alle Norme CEI 11-27 e CEI 11-15) e degli
stessi impianti elettrici (es: costruzioni, recinzioni, uscite di
sicurezza, estintori e sistemi antincendio, apparecchiature
per illuminazione di emergenza, cartelli, serrature,
interblocchi, relè di protezione, ecc.).
Le disposizioni riguardano anche i componenti utilizzati
per la produzione sia di MT che di BT, anche se dislocati
in locali diversi, che però non sono oggetto della presente
pubblicazione.
Ricordiamo che la manutenzione può essere correttiva o
preventiva:
– la manutenzione correttiva comporta il rinnovo o la
sostituzione dei componenti affetti da un guasto in modo da
riportare l’impianto in condizioni di esercizio
– la manutenzione preventiva invece, è finalizzata a contenere
il degrado dei componenti conseguente al loro utilizzo.
Un caso particolare di manutenzione preventiva è la
manutenzione predittiva che consiste nel verificare lo stato
di conservazione dei componenti e, quindi, di anticiparne
il deperimento utilizzando metodi per determinare il tempo
di vita residuo dei componenti, segnalando la necessità
di manutenzione o sostituzione anche con componenti di
nuova generazione.
In quest’ultimo caso ABB propone i prodotti MyRemoteCare e
MySiteCare.
MyRemoteCare offre la possibilità di memorizzare le
informazioni di diagnostica relative ai singoli dispositivi e di
utilizzarli per generare rapporti e segnalazioni di allarme.
Inoltre, l’analisi dei dati storici e dei trend consente di
determinare le deviazioni nel tempo dai comportamenti
standard. In questo modo i tecnici del Service di ABB
possono analizzare da remoto i dati diagnostici degli
interruttori, ma anche di dispositivi di bassa media e alta
tensione e di trasformatori, segnalando eventuali problemi,
verificando le cause e intraprendendo se del caso le
manutenzioni necessarie a breve o a lungo termine.
I responsabili della manutenzione possono verificare le attività
pianificate ed effettuate dagli esperti ABB consultando il
portale MyRemoteCare.
Il sistema raccoglie le informazioni di diagnostica
principalmente tramite MySiteCare ovvero un dispositivo
universale di diagnostica per interruttori.
Il dispositivo di monitoraggio e diagnostica MySiteCare
acquisisce i dati tipici degli interruttori e li elabora in dati
diagnostici così da determinare le condizioni di funzionamento
e consentire di pianificare la manutenzione. Il dispositivo può
raccogliere le seguenti informazioni:
– dati meccanici: tempi di aperture e chiusura, tempo di
carica delle molle del commando, tentativi falliti di carica
delle molle, numero di manovre, tempi morti;
– dati ambientali, quali le temperature nei compartimenti
dell’unità funzionale:
– dati diagnostici veri e propri quali la stima della vita residua
e l’usura dei contatti.
Sulla base di questi dati il dispositivo elabora algoritmi di
diagnostica predittiva fornendo indicazioni sulle condizioni
meccaniche, elettriche e funzionali dell’interruttore.
61
13.Manutenzione della cabina elettrica
Nessuna modifica è necessaria al quadro, all’interruttore o
al relè di protezione. I componenti da installare sono l’unità
centrale, il sensore di corrente e il dispositivo di identificazione
wireless (RDIF) che memorizza in modo univoco i dati
dell’interruttore e li trasmette all’unità centrale. Gli algoritmi
predittivi sono configurati dai tecnici ABB al momento
dell’installazione.
Le informazioni elaborate da ciascun MySiteCare sono
trasmesse tramite un concentratore e rete telefonica al Centro
Dati ABB.
In assenza di eventi significativi che vengono comunicati
immediatamente, lo stato dell’impianto viene aggiornato ogni
24 ore. I tecnici specializzati di ABB possono accedere al
portale via Internet per consultare i dati diagnostici e fornire il
supporto necessario.
Da ultimo, come ulteriore soluzione al problema della
manutenzione, consideriamo anche l’aggiornamento e il
retrofit delle apparecchiature in modo da adeguarle allo stato
dell’arte in termini di tecnologia e sicurezza.
Dopo un’opportuna analisi dello stato delle apparecchiature,
infatti, può risultare conveniente la loro completa sostituzione
anziché ricorrere alla consueta manutenzione ordinaria. Ad
esempio, è possibile aggiornare vecchi interruttori ormai
obsoleti dal punto di vista tecnologico, come gli interruttori in
aria o in olio ridotto, con moderni interruttori in SF6 o in vuoto
dove siano implementate tutte le soluzioni atte ad aumentare
la sicurezza del personale.
62
La soluzione proposta da ABB in questo caso si chiama
OneFit: Il nuovo interruttore viene adattato meccanicamente
ed elettricamente tramite una verifica effettuata in sito sul
quadro esistente da personale esperto e qualificato. Il risultato
è un miglioramento non solo delle prestazioni tipiche di un
nuovo apparecchio, ma anche e soprattutto della sicurezza.
Nessuna modifica è necessaria al quadro, all’interruttore o
al relè di protezione. I componenti da installare sono l’unità
centrale, il sensore di corrente e il dispositivo di identificazione
wireless (RDIF) che memorizza in modo univoco i dati
dell’interruttore e li trasmette all’unità centrale. Gli algoritmi
predittivi sono configurati dai tecnici ABB al momento
dell’installazione.
Le informazioni elaborate da ciascun MySiteCare sono
trasmesse tramite un concentratore e rete telefonica al Centro
Dati ABB.
In assenza di eventi significativi che vengono comunicati
immediatamente, lo stato dell’impianto viene aggiornato ogni
24 ore. I tecnici specializzati di ABB possono accedere al
portale via Internet per consultare i dati diagnostici e fornire il
supporto necessario.
Da ultimo, come ulteriore soluzione al problema della
manutenzione, consideriamo anche l’aggiornamento e il
retrofit delle apparecchiature in modo da adeguarle allo stato
dell’arte in termini di tecnologia e sicurezza.
Dopo un’opportuna analisi dello stato delle apparecchiature,
infatti, può risultare conveniente la loro completa sostituzione
anziché ricorrere alla consueta manutenzione ordinaria. Ad
esempio, è possibile aggiornare vecchi interruttori ormai
obsoleti dal punto di vista tecnologico, come gli interruttori in
aria o in olio ridotto, con moderni interruttori in SF6 o in vuoto
dove siano implementate tutte le soluzioni atte ad aumentare
la sicurezza del personale.
La soluzione proposta da ABB in questo caso si chiama
OneFit: Il nuovo interruttore viene adattato meccanicamente
ed elettricamente tramite una verifica effettuata in sito sul
quadro esistente da personale esperto e qualificato. Il risultato
è un miglioramento non solo delle prestazioni tipiche di un
nuovo apparecchio, ma anche e soprattutto della sicurezza
grazie a soluzioni quali interblocchi tra interruttore e portella,
comando remoto, inserzione/estrazione a portella chiusa e
quant’altro messo a disposizione dalla moderna tecnologia in
termini di protezione e monitoraggio.
Affrontando il tema dell’appalto e dell’esecuzione dei lavori di
manutenzione, ricordiamo che il Datore di lavoro/committente
della Società proprietaria della cabina e degli impianti, nel
caso tale attività venga affidata totalmente o parzialmente ad
un’impresa esterna, ha la piena responsabilità sia della scelta
dell’impresa appaltatrice che della verifica dell’idoneità del
relativo personale come richiesto dall’art. 26 del D.Lgs. 81/08
e s.m.i.
Tutti gli interventi devono essere eseguiti nel rispetto dei
provvedimenti legislativi e delle norme tecniche di riferimento.
La documentazione relativa agli specifici interventi
di manutenzione può consistere in un “fascicolo di
manutenzione”, che può essere anche informatizzato e che
deve comunque essere disponibile presso l’impianto, nel
quale si trovino gli schemi elettrici e la raccolta delle schede
tecniche.
Le schede di manutenzione, della cui preparazione è
responsabile il titolare dell’impianto elettrico, sono basate
sui manuali tecnici e di manutenzione dei costruttori dei
componenti e servizi, e devono contenere almeno quanto
segue:
– identificativo della cabina
– codifica o n° progressivo della scheda
– denominazione del circuito e/o elemento in esame
– descrizione sintetica delle verifiche o interventi
– intervallo temporale massimo tra gli interventi
– interventi particolari effettuati e, se non effettuati, per quale motivo
– data dell’esecuzione e sigla dell’addetto alla manutenzione
– esito dell’intervento
– firme dei manutentori ed eventuali note
La Norma CEI 78-17 riporta in Allegato B degli esempi
di schede manutentive complete di tutte le informazioni
necessarie al fine di fornire un metodo per la loro
preparazione e compilazione. Le schede devono ovviamente
essere adattate all’impianto reale. Di seguito troviamo un
esempio di scheda riportato nella norma alla quale si rimanda,
ovviamente, per la necessaria completa trattazione.
63
13.Manutenzione della cabina elettrica
- ldentificativo CABINA MT/MT o MT/BT xx xxx - QMT-A/CFE1-MT - SCHEDA N. 1 -
1
PGISF6 - Controllo generale e installazione
1 anno
2
PGISF6 - Controllo integrità parti isolanti
e pulizia
1 anno
3
PGISF6 - Controllo e pulizia contatti
principali di innesto e connessione
1 anno
4
PGISF6 - Verifica funzionamento elettrico
1 anno
5
PGISF6 - Verifica tensioni ausiliarie
1 anno
6
PGISF6 - Controllo pressione gas nei poli
ed eventuale rabbocco
1 anno
7
PGISF6 - Esecuzione ciclo di manovra
O-CO
1 anno
8
PGISF6 - Controllo inserzione - prova estratto
1 anno
9
PGISF6 - Sostituzione componenti di
usura del comando meccanico
5 anni
10
PGISF6 - Regolazione del meccanismo
di comando
5 anni
11
PGISF6 - Rilievo tempi di apertura e
chiusura e confronto con dati nominali
2 anni
12
PGISF6 - Controllo usura contatti d’arco,
se possibile
5 anni
13
PGISF6 - Verifica funzionalità relé di
protezione integrato con apparecchiatura
di test
2 anni
14
PGISF6 - Pulizia e lubrificazione
meccanismi di comando
2 anni
15
PGISF6 - Sostituzione del comando
meccanico solo al raggiungimento
del limite delle manovre previste dal
costruttore
16
PGISF6 - Sostituzione dei poli solo al
raggiungimento del limite delle interruzioni
in corrente previste dal costruttore
17
–
Data
Sigla
Esito
Data
Sigla
Esito
Data
Sigla
Esito
Data
Sigla
Esito
Data
Periodo
Max
Sigla
NB: Consultare le schede dei costruttori, se
esistenti o reperibili - Gli interventi si
eseguono a seguito di esame visivo e/o
strumentale
Esito
Interruttore in SF6 per la Protezione Generale dell’impianto (PG)
Note
Esito complessivo degli interventi periodici
Nelle colonne “Esito” scrivere “P” se l’intervento manutentivo è positivo - oppure - “Pl” se il controllo è positivo previo
intervento - oppure - “NA” quando l’intervento viene rimandato a sessioni successive - oppure - “NP” se il componente
non è presente - oppure - “VN” acronimo di VEDERE NOTA (da riportare nella colonna NOTE a fianco) - oppure - “B” se
gli interventi saranno eseguiti da costruttore/centro assistenza - oppure - “C” se le necessarie sostituzioni parziali o totali
saranno eseguite dal costruttore/centro assistenza secondo indicazioni da riportare nella colonna delle NOTE a fianco.
Nella colonna “Sigla” apporre sigla identificativa dell’addetto alla manutenzione e nella colonna “Data” scrivere la data di
esecuzione dell’intervento.
64
Firme dei Manutentori
1
2
3
4
5
14.Esempio di progetto di una cabina
per la parte elettrica
14.1Stima della potenza
di alimentazione di un
piccolo stabilimento
industriale
utenze si otterrebbe un valore sicuramente eccessivo per
due ragioni:
– alcune apparecchiature possono non essere utilizzate alla
loro piena potenza
– le apparecchiature non funzioneranno tutte
contemporaneamente
Di ciò si tiene conto con due coefficienti: rispettivamente il
fattore di utilizzazione Ku ed il fattore di contemporaneità
Kc. L’ideale sarebbe avere i dati effettivi, come nel caso
di rifacimento di un impianto esistente per il quale siano
disponibili i diagrammi di carico; tuttavia, nel caso di nuovi
progetti, spesso il diagramma di carico non è disponibile e
quindi bisogna stimare il carico effettivo utilizzando fattori
desunti statisticamente su categorie di impianti omogenei
come quello proposto dalla Guida CEI 99-4, Allegato E e qui
allegato.
Prendiamo come esempio un piccolo stabilimento industriale.
La produzione prevede un ciclo termico stabilizzato in forno
per cui non è consentito un black-out totale. Lo stabilimento è
inoltre posto in un’area ad elevata densità abitativa.
Il punto di partenza per il progetto è la stima dei consumi delle
varie utenze.
Se nel valutare la potenza necessaria si considerasse la
somma delle potenze nominali di tutte le apparecchiature e
Tipo di
impianto
Fattori di contemporaneltà
Tipo di ambiente
Unità abitative
individuali
Edifici civili uso
abitazione
Uffici, negozi,
magazzini, reparti
Alberghi, ospedali
Impianti industriali
di media e grande
potenza
Illuminazione
66% della potenza
installata
75% della potenza
installata
90% della potenza
installata
75% della potenza
installata
90% della potenza
installata
Riscaldamento
(vedi anche 3 o 6)
100% della potenza
delle apparecchiature
fino a 10A + 50% del
rimanente
100% dell’utenza
maggiore + 50% del
rimanente
100% dell’utenza
maggiore + 75% del
rimanente
100% dell’utenza
maggiore
+ 80% della seconda
+ 60% del rimanente
100% dell’utenza
maggiore + 75% del
rimanente
Cucine
100% della potenza
delle apparecchiature
fino a 10A + 30% delle
apparecchiature oltre i
10A permanentemente
connesse
100% dell’utenza
maggiore + 80% della
seconda + 60% del
rimanente
–
100% dell’utenza
maggiore + 80% della
seconda + 60% del
rimanente
–
Motori
(con esclusione
di ascensori,
montacarichi, gru,
ecc.)
–
–
100% del maggior
motore + 80% del
secondo + 60% dei
rimanenti
100% del maggior
motore + 80% del
secondo + 60% dei
rimanenti
Da considerare caso
per caso
Scaldabagni
Non è ammesso un fattore di contemporaneità
Prese
100% dell’utenza
maggiore + 25% del
rimanente
100% dell’utenza
maggiore + 40% del
rimante
100% dell’utenza
maggiore + 75% delle
stanze + 25% del
rimanente
25% dell’utenza
installata
100% dell’utenza
maggiore + 25% del
rimanente
In alternativa si può utilizzare la tabella 101 della Norma CEI EN 61439-2:
Table 101 - Values of assumed loading
Type of load
Assumed loading factor
Distribution - 2 and 3 circuits
0.9
Distribution - 4 and 5 circuits
0.8
Distribution - 6 and 9 circuits
0.7
Distribution - 10 or more circuits
0.5
Electric actuator
0.2
Motors ≤ 100 KW
0.8
Motors > 100 KW
1.0
65
14.Esempio di progetto di una cabina
per la parte elettrica
Nell’esempio riportato la Potenza utilizzata al quadro elettrico
generale di BT risulta essere di 732 kVA.
Considerando i valori delle potenze nominali dei trasformatori
disponibili in commercio si può ipotizzare di installare
due trasformatori da 400 kVA, che pur conducendo ad
una soluzione più costosa rispetto a quella con un solo
trasformatore da 800 kVA, tuttavia può essere giustificata
dalla necessità di avere una maggiore continuità di servizio in
caso di guasti o di manutenzione ordinaria.
Utilizzatore
Reparto A
Reparto B
Reparto C
Reparto D
Reparto E
Reparto F
S nominale
KVA
Ku
S utilizzata
KVA
Kc
S utilizzata
KVA
motori (3)
150
0,8
120
0,8
96
prese varie
80
1
80
0,25
20
illuminazione
20
1
20
0,9
18
compressori (2)
130
0,8
104
0,8
83,2
prese varie
85
1
85
0,25
21,25
illuminazione
40
1
40
0,9
36
motori (2)
50
0,8
40
0,8
32
forni (1)
70
1
70
1
70
prese varie
45
1
45
0,25
11,25
illuminazione
20
1
20
0,9
18
prese varie
155
1
155
0,25
38,75
illuminazione
60
1
60
0,9
54
motori (3)
125
0,8
100
0,8
80
prese varie
100
1
100
0,25
25
illuminazione
40
1
40
0,9
36
prese varie
155
1
155
0,25
38,75
illuminazione
60
1
60
0,9
54
Sotto quadro
Quadro di reparto
Quadro generale di BT
66
In questa situazione i due trasformatori sono caricati al 92%
(732/800=0,92) della loro potenza nominale e in caso di fuori
servizio di uno dei due si potrà comunque fornire il 55% della
potenza richiesta.
Le altre caratteristiche della cabina sono:
– La cabina è alimentata da un cavo interrato
– I trasformatori sono chiusi in parallelo sul secondario in
modo da garantire l’alimentazione dell’impianto di BT da
parte di entrambi
– L’estensione della rete MT interna è inferiore a 400 m
S utilizzata
KVA
S utilizzata
KVA
134
140,45
131,25
732
92,75
141
92,75
14.2 Calcolo di corto circuito e coordinamento delle protezioni
Teoria del calcolo della corrente di cortocircuito
Per trattare la teoria del calcolo delle correnti di corto circuito faremo riferimento alla Norma IEC 60909-0 “Short-circuit
currents in three-phase a.c. systems – Part 0: Calculation of currents”. Con riferimento alla rete elettrica schematizzata
in figura 1, si ipotizza un cortocircuito sui morsetti del carico. La rete può essere studiata e rappresentata utilizzando i
parametri resistenze e reattanze di ogni componente elettrico.
I valori di resistenza e reattanza devono essere tutti riportati allo stesso valore di tensione assunta come riferimento per il
calcolo della corrente di cortocircuito.
Il passaggio dai valori di impedenza Z1 riferiti ad una tensione superiore (U1) ai valori Z2, riferiti ad una tensione inferiore (U2),
avviene attraverso il rapporto di trasformazione K = U1/U2 secondo la seguente relazione:
Z2 = Z1/K2
T
Q
Carico non rotante
A
L
HV
LV
k3
tr:1
Carico non rotante
F
Un
La struttura della rete elettrica presa in considerazione permette una rappresentazione con elementi in serie; si ottiene così
un circuito equivalente come quello rappresentato nella figura seguente che permette il calcolo dell’impedenza equivalente
vista dal punto di guasto.
RQt
XQt
Q
XTK
A
XL
XL
F
cU n
3
67
14.Esempio di progetto di una cabina
per la parte elettrica
Nel punto del cortocircuito viene posizionata una sorgente di
tensione equivalente (Ueq) con valore:
Ueq = c Un / 3
Il fattore “c” dipende dalla tensione del sistema e tiene conto
dell’influenza dei carichi e della variazione della tensione di
rete. Di seguito si riporta la tabella tratta dalla Norma IEC
60909-0.
Voltage factor c for the calculation of
Nominal voltage
Un
maximum
short- circuit currents
C max1)
minimun
short- circuit currents
Cmin
Low voltage
100 V to 1000V
(IEC 60038, table I)
1.05 3)
1.10 4)
0.95
1.10
1.00
Medium voltage
> 1kV to 35 kV
(IEC 60038, table III)
2)
High voltge
> 35 kV
(IEC 60038, table IV)
1) 2) 3) 4) Trasformatore
L’impedenza della macchina può essere calcolata attraverso i
parametri nominali della macchina stessa (tensione nominale
U rT; potenza apparente SrT; tensione di corto circuito alla
corrente nominale in percento ukr) utilizzando la formula
seguente:
ZT = (ukr / 100%) (U2rT / SrT)
La componente resistiva può essere determinata attraverso la
conoscenza del valore delle perdite totali
PkrT riferite alla corrente nominale secondo la relazione
seguente:
RT = PkrT / (3 I2rT)
La componente reattiva può essere determinata con la
classica relazione
2
Cmax Un should not exceed the highest voltage Um for equipment of power systems.
If no nominal voltage is defined Cmax Un = Um or Cmin Un = 0,90 x Um should be
applied
For low-voltage systems with a tolerance of + 6%, for example systems renamed
from 380 V to 400 V
For low-voltage systems with a tolerance of + 10%.
Rete di alimentazione
Nella maggior parte dei casi l’impianto risulta essere
alimentato da una rete di distribuzione in media tensione, di
cui abbastanza facilmente possono essere disponibili il valore
della tensione di alimentazione UnQ e la corrente iniziale di
cortocircuito I”kQ.
Sulla base di questi dati e di un coefficiente correttivo per la
variazione di tensione causata dal cortocircuito è possibile
determinare l’impedenza diretta di cortocircuito della rete con
la seguente formula:
XT = (ZT – RT2)
Cavi
Il valore di impedenza di questi elementi di connessione
dipende da diversi fattori (tecniche costruttive, temperatura,
ecc.) che condizionano la resistenze lineare R’L e la reattanza
lineare X’L. Questi due parametri espressi per unità di
lunghezza sono forniti dal costruttore del cavo; in alternativa
valori di riferimento si possono trovare nella IEC 60909-2.
In genere i valori di resistenza sono riferiti ad una temperatura
di riferimento di 20 °C; per temperature di esercizio θ diverse
con la formula seguente è possibile riportare il valore di
resistenza alla temperatura di esercizio.
R’Lθ= [1 + α (θ– 20)] R’L20
dove:
α è il coefficiente di temperatura che dipende dal tipo di
materiale (per il rame, alluminio e leghe di alluminio vale
4x10-3 con buona approssimazione).
Quindi molto semplicemente abbiamo che:
RL= L R’L e XL= L X’L
con L lunghezza della linea in cavo.
ZQ = c UnQ /( 3 I”kQ)
Per il calcolo dei parametri resistenza e reattanza di rete,
qualora non sia disponibile un valore preciso per la RQ,
possono essere utilizzate le seguenti formule approssimate:
XQ = 0,995 ZQ
RQ = 0,1 XQ
68
Calcolo della corrente di cortocircuito
Le definizione dei valori delle resistenze e delle reattanze
di cortocircuito dei principali elementi che costituiscono un
circuito permettono il calcolo delle correnti di cortocircuito
nell’impianto.
Con riferimento alla figura 2, attraverso la modalità di
riduzione di elementi in serie si determina:
- il valore di resistenza totale di cortocircuito R = ∑Ri
- il valore di reattanza totale di cortocircuito X = ∑Xi
Noti i due parametri precedenti è possibile determinare il
valore di impedenza diretta totale di cortocircuito Z
Z=
(R 2 + X2)
Determinata l’impedenza equivalente vista dal punto di
guasto, è possibile procedere con il calcolo della corrente di
cortocircuito iniziale trifase simmetrica:
I”k3 = c Un /
3Z
L3
Calcolo del contributo motori
In caso di cortocircuito, il motore inizia a funzionare come
un generatore e alimenta il guasto per un tempo limitato e
corrispondente a quello necessario per eliminare l’energia
che risulta immagazzinata nel circuito magnetico del motore.
Attraverso una rappresentazione elettrica del motore con
la propria reattanza subtransitoria si può calcolare il valore
numerico del contributo del motore.
In bassa tensione, la Norma CEI EN 60909-0 fornisce le
indicazioni minime per cui il fenomeno deve essere preso in
considerazione, dovrà essere
∑IrM < 0,01 I”k
dove:
∑IrM rappresenta la somma delle correnti nominali dei motori
connessi direttamente alla rete dove avviene il cortocircuito.
I”k è la corrente iniziale di cortocircuito trifase determinata
senza contributo motori.
Nel caso in cui se ne debba tener conto, l’impedenza dei
motori puo essere calcolata con la formula:
ZM =
L2
L1
I”K3
Il corto circuito trifase è generalmente considerato come
il guasto che provoca le correnti più elevate (tranne che
in condizioni particolari). In assenza di macchine rotanti,
o quando la loro azione è scemata, rappresenta anche la
corrente permanente di cortocircuito ed è il valore preso
come riferimento per determinare il potere di interruzione del
dispositivo di protezione.
1
I LR / I rM
.
UrM
3 IrM
=
1
I LR / I rM
.
U
2
rM
SrM
dove:
UrM è la tensione nominale del motore
IrM è la corrente nominale del motore
SrM è la potenza apparente nominale del motore
(SrM = PrM/(η rM cosj rM)
ILR/IrM è il rapporto tra la corrente di rotore bloccato e la
corrente nominale del motore.
Spesso la corrente ILR è un dato di difficile reperibilità perciò
è prassi comune considerare tale valore come multiplo della
corrente nominale del motore. I valori tipici del rapporto ILR/IrM
variano da 4 a 6.
Infine, per gruppi di motori di bassa tensione collegati tramite
cavi si può, con buona approssimazione, utilizzare il rapporto
RM/XM = 0,42 con XM = 0,922 ZM.
69
14.Esempio di progetto di una cabina
per la parte elettrica
Calcolo della corrente di picco
La corrente di cortocircuito I”k può essere considerata
composta da due componenti:
– una componente simmetrica i s con forma d’onda sinusoidale
e appunto simmetrica rispetto all’asse orizzontale dei tempi.
– una componente unidirezionale iu con andamento
esponenziale dovuto alla presenza di una componente
induttiva. Tale componente è caratterizzata da una costante
di tempo τ=L/R (con “R” si intende la resistenza e con “L”
l’induttanza del circuito a monte del punto di guasto) e si
estingue dopo 3-6 volte τ
La componente unidirezionale durante il periodo transitorio
rende la corrente di cortocircuito asimmetrica, caratterizzata
da un valore massimo detto valore di picco che risulta
superiore rispetto a quello che competerebbe ad una
grandezza puramente sinusoidale. In generale possiamo
dire che, considerando il valore efficace della componente
simmetrica della corrente di cortocircuito Ik, il valore del primo
picco di corrente può variare da
La Norma CEI EN 60909-0 fornisce indicazioni utili per
il calcolo della corrente di picco, in particolare indica la
relazione seguente:
i p = k 2 I”k
dove il valore di k può essere valutato con la seguente formula
approssimata:
k = 1,02 + 0,98.e
-3R
X
oppure attraverso i grafici seguenti che riportano appunto il
valore di “k” in funzione del parametro “R/X” o “X/R”
a)
2,0
1,8
1,6
k
1,4
2 I”k a 2 2 I”k.
1,2
Trascorso il periodo transitorio la corrente di cortocircuito
diventa praticamente simmetrica. Un esempio di andamento
delle correnti è riportato nella figura seguente.
[A]
1,0
0 0,20,40,60,81,01,2
R/X
b)
2,0
1,8
Ik
is
1,6
k
1,4
[ms]
1,2
0 10203050 5060708090100
iu
70
1,0
0,5
1
2
5
X/R
10 20
50
100
200
Dimensionamento dell’impianto elettrico e coordinamento
delle protezioni
La conoscenza di alcuni parametri risulta vincolante per poter
eseguire il dimensionamento dell’impianto. Per i calcoli relativi
e lo studio di coordinamento delle protezioni è stato utilizzato
il software e-Design di ABB.
Sviluppo dell’esempio proposto
Sviluppiamo ora l’esempio proposto con la valutazione
dei principali parametri elettrici della rete e la scelta degli
interruttori e delle protezioni per la corretta gestione
dell’impianto, in particolare effettuando il coordinamento delle
protezioni.
Dati della rete di distribuzione
Partiremo da un esempio di lettera di informazioni fornita dal
Distributore contenente i livelli massimi di cortocircuito trifase
e di guasto a terra che possono interessare l’impianto:
Descrizione delle caratteristiche dell’impianto (come da lettera
del Distributore).
Oggetto: Informazioni riguardanti la rete di alimentazione
del Distributore per il dimensionamento delle
apparecchiature, la taratura dei dispositivi di protezione,
il progetto e la verifica dell’impianto di terra relativi alla
fornitura:
Ditta: xxxxxxx – Cabina xxxxxx - Via xxxxxxx – xxxxx
Con riferimento alla vostra richiesta del xx.xx.xxxx
rendiamo noto che:
1) il vostro impianto di terra è compensato
2) la cabina in oggetto è alimentata dalla linea MT
“xxxxx” in partenza dalla Cabina Primaria di “xxxxx”;
3) presenta le seguenti caratteristiche:
- Tensione nominale: 20 kV ± 10%
- Frequenza nominale: 50 Hz ± 1% (95% dell’anno)
- Corrente di cortocircuito trifase: 12,5 kA
- Stato del neutro: compensato
- Corrente di guasto monofase a terra: 50 A
- Tempo di eliminazione del guasto monofase a terra:
10 s
- Tempo di eliminazione del doppio guasto a terra:
< 0,2 s
- Caratteristiche dell’alimentazione MT: Conformi alla
Norma CEI EN 50160
Rete di distribuzione:
– tensione nominale UnQ=20kV
– corrente di cortocircuito I”kQ=12,5kA
Trasformatori di cabina 20/0,4 kV con i seguenti dati:
– potenza nominale: SrT=400kV
– tensione di cortocircuito: ukr%=4%
– corrente nominale primaria: IrT1 = 11,5 A
– corrente nominale secondaria: IrT2 = 578,0 A
– corrente di inserzione: Ii = 12 IrT1 = 138 A
– costante di tempo inserzione Ti = 0,25 s
Corrente di corto circuito lato sbarre BT:
– Tensione nominale: UrLV = 400 V
– Corrente di corto circuito a valle di uno dei due trasformatori
I”kLV = IrT2 / ukr = 15 kA, corrispondenti a I”kMV = 300 A
Al quadro di bassa tensione sono collegati i quadri di reparto
con cavi di diversa lunghezza.
Lo schema unifilare semplificato dell’impianto in analisi è qui
illustrato.
Al punto di connessione
Locale Utente
IGMT
Sbarra MT a 20 KV
È utile sottolineare che il valore della corrente di guasto
monofase a terra ed il relativo tempo di eliminazione
del guasto sopra indicati, possono subire variazioni
per effetto dell’evoluzione della rete di distribuzione;
pertanto, nel controllare periodicamente il Vostro
impianto di terra, si dovrà tener conto dei nuovi
parametri comunicati secondo la Norma CEI 0-16.
7
IMT1
1
IBT1
8
Dispositivo
Generale di MT
Utente
IMT2
2
Trasformatore
MT/BT
3
5
Interruttore MT
partenza Trafo
IBT2
Interruttore
generale di BT
Sbarra BT a 400 V
Nella lettera possiamo trovare quindi alcuni dati importanti quali
la tensione nominale 20 kV, la corrente di cortocircuito trifase
12,5 kA, sappiamo che si tratta di una rete a neutro compensato
con una corrente di guasto monofase a terra di 50 A.
6
L1
L2
L3
L4
L5
L6
Ai quadri di reparto
71
14.Esempio di progetto di una cabina
per la parte elettrica
L’impianto lato MT è costituito da un arrivo linea con unità
interruttore e due partenze trasformatore dotate di interruttori.
Le protezioni, non essendo prevista la protezione 67N, sono
del tipo REF601 versione CEI 0-16.
Nel grafico seguente, in scala logaritmica, troviamo i
seguenti parametri, necessari per definire la protezione del
trasformatore: la curva di inserzione del trasformatore da
400 kVA (1), la sua corrente nominale (2) e la corrente di
corto circuito simmetrica lato BT riferita al primario per 2 s (3)
necessaria per la protezione termica del trasformatore (I”kMV x
2s).
Curva Tempo-Corrente, Guasto trifase @ 20000V
10000s
1000s
100s
1
10s
1s
3
100ms
2
10ms
72
100mA 1mA
10A
100A
1kA
10kA
100kA
Sulla base di quanto già visto nel capitolo relativo ai relè
di protezione, valgono i limiti imposti dalla norma nel caso
specifico:
I>>
Protezione di massima
corrente di fase: seconda
soglia
I>>>
≤ 250 A, tempo di estinzione
sovracorrente ≤ 500 ms
≤ 600 A, tempo di estinzione
sovracorrente ≤ 120 ms
Protezione di massima
corrente di fase: terza
soglia
Curva Tempo-Corrente, Guasto trifase @ 20000V
Ib=11,5A
Icc max=12,50kA
10000s
1000s
100s
1
10s
3
1s
100ms
2
4
10ms
100mA 1mA
10A
100A
1kA
10kA
100kA
La curva 4 è relativa ai valori massimi regolabili sulla protezione in accordo alla Norma CEI 0-16.
73
14.Esempio di progetto di una cabina
per la parte elettrica
Passiamo ora alla bassa tensione; le caratteristiche degli
interruttori generali di BT devono essere scelte in modo da
essere selettive con i relè degli interruttori dei sotto-quadri
A, B, C, D ma, al tempo stesso, proteggere il trasformatore
contro il sovraccarico, ricordando che la corrente secondaria
IrT2 = 578 A.
Tenendo conto delle tolleranze previste dalla Norma CEI
EN 60947-1, si può considerare il sicuro intervento ad un
valore superiore a 1,2 volte il valore regolato (ed il sicuro non
intervento ad un valore inferiore a 1,05 il valore regolato).
Scegliendo come interruttore un interruttore aperto Emax new
X1B 630, dotato di relè elettronico PR332 LSIG, In =630 A,
con regolazione della curva L a 0,96, otteniamo una corrente
di regolazione pari a 605 A che riportata al primario equivale
a 12,1 A. La tolleranza andrà quindi da 12,7 A (1,05 Ir) a 14,5
(1,2 Ir). È stata quindi selezionata la curva S, I2t=cost, con
regolazione 1,8 In = 1134 A equivalente a 23 A e tempo 0,06
s per ottenere una selettività cronometrica. Infine l’intervento
istantaneo avverrà a 15 In = 9450 A equivalenti al primario a
189 A con un tempo nominale di intervento di 10 ms.
La curva (5) è stata disegnata di seguito con le rispettive
tolleranze.
Curva Tempo-Corrente, Guasto trifase @ 20000V
Icc max=12,50kA
Ib=11,5A
10000s
1000s
100s
1
10s
5
3
1s
100ms
2
4
10ms
74
100mA 1mA
10A
100A
1kA
10kA
100kA
L’utilizzo di relè elettronici PR221 su tutti gli interruttori Tmax
del quadro generale di BT garantisce comunque la selettività
degli interruttori generali di BT con tutte le partenze verso
i quadri di reparto. Nel grafico seguente si riporta la curva
relativa alla partenza più critica verso il reparto A (6).
Curva Tempo-Corrente, Guasto trifase @ 20000V
Icc max=12,50kA
Ib=11,5A
10000s
1000s
6
100s
1
10s
5
3
1s
100ms
2
4
10ms
100mA 1mA
10A
100A
1kA
10kA
100kA
75
14.Esempio di progetto di una cabina
per la parte elettrica
Passiamo ora alla regolazione del relè di massima corrente
relativo all’interruttore della partenza da 20 kV verso il
trasformatore da 400 kVA. La condizione più importante da
soddisfare è la protezione del trasformatore contro il corto
circuito, mentre la protezione contro il sovraccarico può
essere demandata all’interruttore di bassa tensione. Dovrà
inoltre proteggere il trasformatore per guasto sul montante
di bassa tensione a monte dell’interruttore e tuttavia non
dovrà intervenire a causa della corrente di inserzione del
trasformatore. Infine dovrà essere selettivo con l’interruttore
generale di MT, il quale a sua volta dovrà soddisfare alle
richieste del Distributore e della norma, e con gli interruttori di
bassa tensione.
Come sappiamo la prima soglia di massima corrente I> è
opzionale e in questo esempio risulta difficile realizzare la
selettività con l’interruttore di BT. Per cui si utilizzerà una
protezione a due soglie a tempo indipendente I>> e I>>>. La
protezione dovrà rispondere ai seguenti requisiti:
– prima soglia esclusa
– la regolazione della seconda soglia deve essere superiore
alla corrente regolata della seconda soglia S dell’interruttore
di BT che riportata al primario è 23 A. Applicando la
tolleranza otteniamo 27,6 A.
– essere selettivo in generale con gli interruttori di BT
– deve intervenire in meno di 2 s alla corrente di corto circuito
I”kMV= 300 A (tenuta al corto circuito del trasformatore)
– il tempo dovrà comunque essere inferiore al valore imposto
di 0,5 s per la seconda soglia,
– avere la regolazione della terza soglia maggiore della
corrente di corto circuito per guasto in BT. A questo
proposito la norma suggerisce di adottare per dispositivi
di protezione installati alle due estremità di un circuito
d’impedenza non trascurabile, quali ad esempio i
trasformatori, un coefficiente α con cui moltiplicare la
corrente di corto circuito iniziale al fine ottenere la selettività
tra i due dispositivi a monte e a valle. Il coefficiente tiene
conto dell’asimmetria della corrente e per i trasformatori
varia da 1,2 per trasformatori da 50 kVA a 1,6 per
trasformatori da 2500 kVA. Quindi dovremo regolare la
seconda soglia ad un valore superiore a
1,4 I”kMV = 1,4 • 300 = 420 A.
– dovrà , infine essere inferiore al valore imposto di 600 A ed
con un tempo inferiore a 0,12 s.
Otteniamo, quindi la curva (7) dove:
I> esclusa
I>> = 120 A, t>> = 0,3 s
I>>> = 416 A, t>>> = 0,05 s
Curva Tempo-Corrente, Guasto trifase @ 20000V
Icc max=12,50kA
Ib=11,5A
10000s
1000s
7
100s
1
10s
5
3
1s
4
100ms
2
10ms
76
100mA 1mA
10A
100A
1kA
10kA
100kA
Rimane da regolare solo il relè del dispositivo generale DG. La
regolazione deve soddisfare i seguenti requisiti:
– soddisfare i limiti imposti
– essere selettivo con le protezioni dei due interruttori posti a
protezione dei trasformatori
– proteggere il tratto tra il punto di consegna e i trasformatori
Dato che questo è l’ultimo gradino di selettività richiesto
possiamo far coincidere le due regolazioni in corrente con
quanto imposto dalla norma, quindi 250 A per la seconda
soglia e 600 A per la terza (la prima sempre esclusa). Per
quanto riguarda i tempi sceglieremo 0,4 s per la seconda
soglia e 0,05 s per la terza (8).
Curva Tempo-Corrente, Guasto trifase @ 20000V
Icc max=12,50kA
Ib=11,5A
10000s
1000s
7
8
100s
1
10s
3
1s
4
100ms
2
10ms
100mA 1mA
10A
100A
1kA
10kA
100kA
77
14.Esempio di progetto di una cabina
per la parte elettrica
Si può notare che, avendo già scelto per la protezione di
trasformatore di MT (7) come tempo di intervento per la terza
soglia il valore istantaneo di 0,05 s, non è possibile avere
selettività su tutto il range di correnti di corto circuito. Sopra i
600 A, quindi, interverranno sia gli interruttori dei trasformatori
che il DG. Tuttavia possiamo notare che la selettività copre
tutto il campo delle correnti di corto circuito di bassa tensione
(600 A riportata al primario) e si ha comunque selettività per
guasti in MT fino alla terza soglia della protezione del DG. Nel
grafico seguente vediamo il riepilogo generale dello studio di
coordinamento:
Curva Tempo-Corrente, Guasto trifase @ 20000V
Icc max=12,50kA
Ib=11,5A
10000s
1000s
7
6
8
100s
5
10s
3
1
1s
100ms
4
2
10ms
100mA 1mA
10A
100A
Verifichiamo ora il coordinamento delle protezioni per guasto
a terra.
Nel caso di trasformatore con collegamento triangolo-stella
con neutro a terra, un guasto fase-terra sul lato secondario dà
luogo a una corrente di linea sul lato primario che è uguale a
1/√3 = 0,577 volte il guasto trifase (I”k2).
L3
0,577x(U2/U1)x I”k2
L2
L1
0,577x(U2/U1)x I”k2
78
L3
L2
L1
I”k2
1kA
10kA
100kA
Conseguentemente la regolazione della prima o seconda
soglia di corrente del relè lato MT dovrebbe essere < 0,577
I”k2.
Nel nostro caso abbiamo che I”kLV = 15 kA corrispondenti a
I”kMV = 300 A al primario e quindi 300 x 0,577 = 173 A. La
corrente di guasto è quindi superiore alla soglia di 120 A
impostata per la protezione di MT del trasformatore (curva 7)
che interverrà per correnti di guasto a terra lato BT superiori a:
120 x (20000/400) / 0,577 = 10397 A
Per quanto riguarda, invece, il guasto a terra sul trasformatore
e sul montante di media tensione, la protezione dovrà oltre a
proteggere il trasformatore, anche rispettare i limiti imposti dal
Distributore e dalla norma. Nel nostro esempio il Distributore,
nella lettera di Informazioni, comunicava:
– Corrente di guasto monofase a terra: 50 A
– Tempo di eliminazione del guasto monofase a terra: 10 s
– Tempo di eliminazione del doppio guasto a terra: < 0,2 s
Ed inoltre la Norma CEI 0-16 impone per le reti a neutro
compensato:
I o>
Protezione di massima
corrente omopolare
prima soglia (per reti con
neutro compensato)
≤ 2 A, tempo di estinzione del
guasto ≤ 450 ms
Io>>
Protezione di massima
corrente omopolare
seconda soglia (per reti con
neutro compensato)
≤ 70 A (140% della corrente
di guasto monofase a terra
comunicata dal Distributore =
50 A); tempo di estinzione del
guasto: ≤ 170 ms
I limiti imposti sono evidenziati nella (curva A).
Impostiamo quindi la prima soglia Io> sulla corrente richiesta
di 2 A con il tempo più basso permesso dalla protezione
REF601 per la prima soglia, ovvero 0,1 s. La seconda soglia
Io>> verrà ancora una volta regolata al limite richiesto dalla
Norma di 70 A (50 A x 1,4) e con tempo istantaneo a 0,05 s
(curva B).
Impostiamo, infine, la protezione del DG in modo che sia, se
possibile, selettiva con quella del trasformatore. Lasciamo,
quindi, inalterate le due regolazioni in corrente ai valori imposti
dal Distributore (2 A e 70 A) e impostiamo il tempo della prima
soglia al valore massimo consentito (0,45 s) meno il tempo
di intervento dell’interruttore, diciamo 0,35 s. Regoliamo,
infine la seconda soglia sempre al valore imposto di 70 A e
con tempo di intervento sempre al valore istantaneo di 0,05 s
(curva C). La selettività sulle seconde soglie non è garantita,
ma le protezioni sono comunque selettive fino al valore di
corrente di guasto fornita dal Distributore.
Curva Tempo-Corrente, Guasto fase-terra @ 20000V
10000s
1000s
100s
10s
C
3
1s
A
100ms
B
10ms
100mA 1mA
10A
100A
1kA
10kA
100kA
79
15.Conclusione dell’esempio e scelta
della apparecchiature: l’offerta ABB
Ricapitoliamo, per l’esempio proposto, le scelte fatte e
definiamo le apparecchiature necessarie.
In particolare avremo la seguente composizione:
Unità Arrivo HBC CEI 0-16
– Presenza tensione lato cavi.
– Apparecchio multifunzione HySec p230 composto da:
- Interruttore in vuoto senza motorizzazione con sganciatore
di apertura, sganciatore di chiusura, contamanovre,
contatti ausiliari 6NA + 6NC;
- Sezionatore in SF 6 con:
- 1 chiave rimovibile con sezionatore di linea in posizione di chiuso e 1 chiave rimovibile in posizione di aperto;
- 1 chiave rimovibile con sezionatore di terra in posizione di chiuso e 1 chiave rimovibile in posizione di aperto.
- Sezionatore di terra lato distributore con chiave di
responsabilità del distributore, in accordo alla Norma
CEI 0-16.
– Relè di protezione REF 601 con Data Logger,
comunicazione Modbus e uscita seriale RS 485 (51, I>;
51, I>>; 50, I>>>; 51N, Io>; 50N, Io>>, 68) con 3 sensori di
corrente e toroide per guasto a terra, conformi alla Norma
CEI 0-16.
80
2000
Quadro di media tensione:
– L’impianto lato MT, a valle del punto di consegna, verrà
realizzato con un quadro ABB UniSec. Il quadro è composto
da N° 1 Arrivo linea con Unità HBC ed apparecchio
multifunzione HySec + N° 2 partenze trasformatore con
unità HBC dotate di apparecchi multifunzione HySec.
– Le protezioni, non essendo prevista la protezione 67N, sono
del tipo REF601.
– L’unità DG è dotata di sensori di corrente omologati KECA
250 B1 e TA toroidale TO11S3 da 100 A.
– Le unità partenza trasformatori sono dotate di TA da 30A e
TA toroidale TO11S3 da 100 A.
27
500
500
500
27
Unità partenza trasformatore
– Presenza tensione lato cavi.
– Apparecchio multifunzione HySec p230 composto da:
–Interruttore in vuoto senza motorizzazione con sganciatore
di apertura, sganciatore di chiusura, contatti ausiliari 6NA
+ 6NC e contamanovre;
–Sezionatore in SF 6 con:
- 1 chiave rimovibile con sezionatore di linea in posizione
di chiuso e 1 chiave rimovibile in posizione di aperto;
- 1 chiave rimovibile con sezionatore di terra in posizione
di chiuso e 1 chiave rimovibile in posizione di aperto.
– Relè di protezione REF 601 senza comunicazione (51, I>;
51, I>>; 50, I>>>; 51N, Io>; 50N, Io>>, 68) con 3 sensori di
corrente e toroide per guasto a terra, conformi alla Norma IEC.
Dimensioni complessive (HxLxP) [mm]: 2000x1554x1248;
di seguito lo schema elettrico del quadro.
-QAB
5
-QAB
1
6
2
-QAB
11 12
7
-QBD
-PFV1
-BCR
-BCS
13 14
17 18
-QBD
-PFV1
-BAD
-QBD
-PFV1
-BAD
-BCR
-BCS
3
-BCN
8
-BAD
3
-BCN
Per lo sfogo dei gas conseguenti ad un guasto per arco
interno, la soluzione tecnicamente più appropriata per
evitare la fuoriuscita di gas incandescenti e la creazione di
sovrapressioni all'interno della cabina è quella di richiedere
lo scarico al di fuori del locale. In questo caso occorre
predisporre un opportuno condotto di scarico del gas,
prestando attenzione all'accessibilità delle persone alla zona
di fuoriuscita del gas e proteggendo l'estremità del condotto
-BCR
-BCS
3
-BCN
in modo da evitare l'ingresso di acqua, polvere, piccoli animali
e corpi estranei. Meno onerosa è la possibilità di richiedere
il quadro con unità dotate di filtri per la tenuta all'arco. In
questo caso i gas vengono convogliati all'interno del filtro
che provvede a raffreddarli e ad abbassare la pressione
prima che siano rilasciati all'interno del locale. Nell'esempio
rappresentato è stata scelta la seconda soluzione.
81
15.Conclusione dell’esempio e scelta
della apparecchiature: l’offerta ABB
Trasformatori
Due trasformatori MT/BT a secco 20/0,4 kV da 400 kVA con avvolgimenti inglobati in resina tipo ABB hi-T Plus, avvolgimento
primario a triangolo (∆) e avvolgimento secondario stella a terra (
). Classe F1 per ridurre il rischio d’incendio.
Valori garantiti
Norme di riferimento
IEC 60076, EN 50541-1 Regolamento UE
548/2014 – Eco Design
Perdite a vuoto, Po
[W] 750 (+ 0 Tol.)
Perdite a vuoto, Pk a 75 °C
[W] 4840 (+ 0 Tol.)
Perdite a vuoto, Pk a 120 °C
Livello potenza sonora Lwa
[W] 5500 (+ 0 Tol.)
[dB] 60
Valori preliminari IP00
Lunghezza (Appross.)
[mm] 1546
Larghezza (Appross.)
[mm] 826
Altezza (Appross.)
[mm] 1565
Interasse ruote (Appross.)
[mm] 670x670
Diametro ruote (Appross.)
[mm] 125
Peso totale
82
[kg] 1680
Quadro di bassa tensione
Quadro di bassa tensione ABB tipo ArTù K, IP65, dotato dei seguenti interruttori:
2 interruttori aperti serie Emax new tipo X1B 630 con sganciatore PR332/P LSIG In=630 A
4 interruttori scatolati serie Tmax tipo T4N 250 con sganciatore PR221DS-LS/I In=250 A
2 interruttori scatolati serie Tmax tipo T2N 160 con sganciatore PR221DS-LS In=250 A
Dimensioni complessive (HxLxP) [mm]: 2031x1468x637
Con queste apparecchiature lo spazio necessario per il locale Utente della cabina è ora ben definito.
720
720
14
1931
14
T E S
T
T E
S T
T E
S T
T E
S T
T E
S T
100
T E S
T
T E S
T
T E
S T
637
T E
S T
83
15.Conclusione dell’esempio e scelta
della apparecchiature: l’offerta ABB
Cabina prefabbricata
A conclusione dell’esempio, ipotizziamo di scegliere, per
evitare qualunque problema strutturale e di inadempienza
verso leggi e normative, una cabina prefabbricata.
Il tipo atto a contenere le apparecchiature è costituito da due
moduli il primo contenente il locale misure e il locale Utente con
il quadro di MT UniSec e il quadro di BT ArTù K.
Il secondo modulo contenente i due trasformatori MT/BT
posti in locali separati e con accessi indipendenti al fine di
poter eseguire la manutenzione separata di uno senza deenergizzare il secondo.
La fondazione è anch’essa prefabbricata in modo tale
che l'intercapedine che si viene a creare tra il fondo della
fondazione e il pavimento della cabina sia utilizzabile per
il passaggio dei cavi MT/BT, evitando la progettazione e
realizzazione di una fondazione in opera completa di cunicoli.
I due moduli dovranno infine venire accoppiati ad un
monoblocco con il locale Distributore conforme alle specifiche
tecniche del Distributore stesso.
Locale Utente
Trafo 1
2460
Locale Utente
Locale Misure
Quadro MT
UniSec
5000
84
Locale Utente
Trafo 2
Quadro
ArTù K
4000
85
ABB S.p.A.
ABB SACE Division
Medium Voltage Products
Via Friuli, 4
I-24044 Dalmine
Tel.: +39 035 6952 111
Fax: +39 035 6952 874
e-mail: [email protected]
www.abb.com
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